binman: Update various pieces of the documentation
[platform/kernel/u-boot.git] / tools / binman / binman.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2 .. Copyright (c) 2016 Google, Inc
3
4 Introduction
5 ============
6
7 Firmware often consists of several components which must be packaged together.
8 For example, we may have SPL, U-Boot, a device tree and an environment area
9 grouped together and placed in MMC flash. When the system starts, it must be
10 able to find these pieces.
11
12 Building firmware should be separate from packaging it. Many of the complexities
13 of modern firmware build systems come from trying to do both at once. With
14 binman, you build all the pieces that are needed, using whatever assortment of
15 projects and build systems are needed, then use binman to stitch everything
16 together.
17
18
19 What it does
20 ------------
21
22 Binman reads your board's device tree and finds a node which describes the
23 required image layout. It uses this to work out what to place where.
24
25 Binman provides a mechanism for building images, from simple SPL + U-Boot
26 combinations, to more complex arrangements with many parts. It also allows
27 users to inspect images, extract and replace binaries within them, repacking if
28 needed.
29
30
31 Features
32 --------
33
34 Apart from basic padding, alignment and positioning features, Binman supports
35 hierarchical images, compression, hashing and dealing with the binary blobs
36 which are a sad trend in open-source firmware at present.
37
38 Executable binaries can access the location of other binaries in an image by
39 using special linker symbols (zero-overhead but somewhat limited) or by reading
40 the devicetree description of the image.
41
42 Binman is designed primarily for use with U-Boot and associated binaries such
43 as ARM Trusted Firmware, but it is suitable for use with other projects, such
44 as Zephyr. Binman also provides facilities useful in Chromium OS, such as CBFS,
45 vblocks and and the like.
46
47 Binman provides a way to process binaries before they are included, by adding a
48 Python plug-in.
49
50 Binman is intended for use with U-Boot but is designed to be general enough
51 to be useful in other image-packaging situations.
52
53
54 Motivation
55 ----------
56
57 As mentioned above, packaging of firmware is quite a different task from
58 building the various parts. In many cases the various binaries which go into
59 the image come from separate build systems. For example, ARM Trusted Firmware
60 is used on ARMv8 devices but is not built in the U-Boot tree. If a Linux kernel
61 is included in the firmware image, it is built elsewhere.
62
63 It is of course possible to add more and more build rules to the U-Boot
64 build system to cover these cases. It can shell out to other Makefiles and
65 build scripts. But it seems better to create a clear divide between building
66 software and packaging it.
67
68 At present this is handled by manual instructions, different for each board,
69 on how to create images that will boot. By turning these instructions into a
70 standard format, we can support making valid images for any board without
71 manual effort, lots of READMEs, etc.
72
73 Benefits:
74
75   - Each binary can have its own build system and tool chain without creating
76     any dependencies between them
77   - Avoids the need for a single-shot build: individual parts can be updated
78     and brought in as needed
79   - Provides for a standard image description available in the build and at
80     run-time
81   - SoC-specific image-signing tools can be accommodated
82   - Avoids cluttering the U-Boot build system with image-building code
83   - The image description is automatically available at run-time in U-Boot,
84     SPL. It can be made available to other software also
85   - The image description is easily readable (it's a text file in device-tree
86     format) and permits flexible packing of binaries
87
88
89 Terminology
90 -----------
91
92 Binman uses the following terms:
93
94 - image - an output file containing a firmware image
95 - binary - an input binary that goes into the image
96
97
98 Relationship to FIT
99 -------------------
100
101 FIT is U-Boot's official image format. It supports multiple binaries with
102 load / execution addresses, compression. It also supports verification
103 through hashing and RSA signatures.
104
105 FIT was originally designed to support booting a Linux kernel (with an
106 optional ramdisk) and device tree chosen from various options in the FIT.
107 Now that U-Boot supports configuration via device tree, it is possible to
108 load U-Boot from a FIT, with the device tree chosen by SPL.
109
110 Binman considers FIT to be one of the binaries it can place in the image.
111
112 Where possible it is best to put as much as possible in the FIT, with binman
113 used to deal with cases not covered by FIT. Examples include initial
114 execution (since FIT itself does not have an executable header) and dealing
115 with device boundaries, such as the read-only/read-write separation in SPI
116 flash.
117
118 For U-Boot, binman should not be used to create ad-hoc images in place of
119 FIT.
120
121
122 Relationship to mkimage
123 -----------------------
124
125 The mkimage tool provides a means to create a FIT. Traditionally it has
126 needed an image description file: a device tree, like binman, but in a
127 different format. More recently it has started to support a '-f auto' mode
128 which can generate that automatically.
129
130 More relevant to binman, mkimage also permits creation of many SoC-specific
131 image types. These can be listed by running 'mkimage -T list'. Examples
132 include 'rksd', the Rockchip SD/MMC boot format. The mkimage tool is often
133 called from the U-Boot build system for this reason.
134
135 Binman considers the output files created by mkimage to be binary blobs
136 which it can place in an image. Binman does not replace the mkimage tool or
137 this purpose. It would be possible in some situations to create a new entry
138 type for the images in mkimage, but this would not add functionality. It
139 seems better to use the mkimage tool to generate binaries and avoid blurring
140 the boundaries between building input files (mkimage) and packaging then
141 into a final image (binman).
142
143
144 Using binman
145 ============
146
147 Example use of binman in U-Boot
148 -------------------------------
149
150 Binman aims to replace some of the ad-hoc image creation in the U-Boot
151 build system.
152
153 Consider sunxi. It has the following steps:
154
155   #. It uses a custom mksunxiboot tool to build an SPL image called
156      sunxi-spl.bin. This should probably move into mkimage.
157
158   #. It uses mkimage to package U-Boot into a legacy image file (so that it can
159      hold the load and execution address) called u-boot.img.
160
161   #. It builds a final output image called u-boot-sunxi-with-spl.bin which
162      consists of sunxi-spl.bin, some padding and u-boot.img.
163
164 Binman is intended to replace the last step. The U-Boot build system builds
165 u-boot.bin and sunxi-spl.bin. Binman can then take over creation of
166 sunxi-spl.bin (by calling mksunxiboot, or hopefully one day mkimage). In any
167 case, it would then create the image from the component parts.
168
169 This simplifies the U-Boot Makefile somewhat, since various pieces of logic
170 can be replaced by a call to binman.
171
172
173 Example use of binman for x86
174 -----------------------------
175
176 In most cases x86 images have a lot of binary blobs, 'black-box' code
177 provided by Intel which must be run for the platform to work. Typically
178 these blobs are not relocatable and must be placed at fixed areas in the
179 firmware image.
180
181 Currently this is handled by ifdtool, which places microcode, FSP, MRC, VGA
182 BIOS, reference code and Intel ME binaries into a u-boot.rom file.
183
184 Binman is intended to replace all of this, with ifdtool left to handle only
185 the configuration of the Intel-format descriptor.
186
187
188 Running binman
189 --------------
190
191 First install prerequisites, e.g::
192
193     sudo apt-get install python-pyelftools python3-pyelftools lzma-alone \
194         liblz4-tool
195
196 Type::
197
198     binman build -b <board_name>
199
200 to build an image for a board. The board name is the same name used when
201 configuring U-Boot (e.g. for sandbox_defconfig the board name is 'sandbox').
202 Binman assumes that the input files for the build are in ../b/<board_name>.
203
204 Or you can specify this explicitly::
205
206     binman build -I <build_path>
207
208 where <build_path> is the build directory containing the output of the U-Boot
209 build.
210
211 (Future work will make this more configurable)
212
213 In either case, binman picks up the device tree file (u-boot.dtb) and looks
214 for its instructions in the 'binman' node.
215
216 Binman has a few other options which you can see by running 'binman -h'.
217
218
219 Enabling binman for a board
220 ---------------------------
221
222 At present binman is invoked from a rule in the main Makefile. You should be
223 able to enable CONFIG_BINMAN to enable this rule.
224
225 The output file is typically named image.bin and is located in the output
226 directory. If input files are needed to you add these to INPUTS-y either in the
227 main Makefile or in a config.mk file in your arch subdirectory.
228
229 Once binman is executed it will pick up its instructions from a device-tree
230 file, typically <soc>-u-boot.dtsi, where <soc> is your CONFIG_SYS_SOC value.
231 You can use other, more specific CONFIG options - see 'Automatic .dtsi
232 inclusion' below.
233
234
235 Access to binman entry offsets at run time (symbols)
236 ----------------------------------------------------
237
238 Binman assembles images and determines where each entry is placed in the image.
239 This information may be useful to U-Boot at run time. For example, in SPL it
240 is useful to be able to find the location of U-Boot so that it can be executed
241 when SPL is finished.
242
243 Binman allows you to declare symbols in the SPL image which are filled in
244 with their correct values during the build. For example::
245
246     binman_sym_declare(ulong, u_boot_any, image_pos);
247
248 declares a ulong value which will be assigned to the image-pos of any U-Boot
249 image (u-boot.bin, u-boot.img, u-boot-nodtb.bin) that is present in the image.
250 You can access this value with something like::
251
252     ulong u_boot_offset = binman_sym(ulong, u_boot_any, image_pos);
253
254 Thus u_boot_offset will be set to the image-pos of U-Boot in memory, assuming
255 that the whole image has been loaded, or is available in flash. You can then
256 jump to that address to start U-Boot.
257
258 At present this feature is only supported in SPL and TPL. In principle it is
259 possible to fill in such symbols in U-Boot proper, as well, but a future C
260 library is planned for this instead, to read from the device tree.
261
262 As well as image-pos, it is possible to read the size of an entry and its
263 offset (which is the start position of the entry within its parent).
264
265 A small technical note: Binman automatically adds the base address of the image
266 (i.e. __image_copy_start) to the value of the image-pos symbol, so that when the
267 image is loaded to its linked address, the value will be correct and actually
268 point into the image.
269
270 For example, say SPL is at the start of the image and linked to start at address
271 80108000. If U-Boot's image-pos is 0x8000 then binman will write an image-pos
272 for U-Boot of 80110000 into the SPL binary, since it assumes the image is loaded
273 to 80108000, with SPL at 80108000 and U-Boot at 80110000.
274
275 For x86 devices (with the end-at-4gb property) this base address is not added
276 since it is assumed that images are XIP and the offsets already include the
277 address.
278
279
280 Access to binman entry offsets at run time (fdt)
281 ------------------------------------------------
282
283 Binman can update the U-Boot FDT to include the final position and size of
284 each entry in the images it processes. The option to enable this is -u and it
285 causes binman to make sure that the 'offset', 'image-pos' and 'size' properties
286 are set correctly for every entry. Since it is not necessary to specify these in
287 the image definition, binman calculates the final values and writes these to
288 the device tree. These can be used by U-Boot at run-time to find the location
289 of each entry.
290
291 Alternatively, an FDT map entry can be used to add a special FDT containing
292 just the information about the image. This is preceded by a magic string so can
293 be located anywhere in the image. An image header (typically at the start or end
294 of the image) can be used to point to the FDT map. See fdtmap and image-header
295 entries for more information.
296
297
298 Map files
299 ---------
300
301 The -m option causes binman to output a .map file for each image that it
302 generates. This shows the offset and size of each entry. For example::
303
304       Offset      Size  Name
305     00000000  00000028  main-section
306      00000000  00000010  section@0
307       00000000  00000004  u-boot
308      00000010  00000010  section@1
309       00000000  00000004  u-boot
310
311 This shows a hierarchical image with two sections, each with a single entry. The
312 offsets of the sections are absolute hex byte offsets within the image. The
313 offsets of the entries are relative to their respective sections. The size of
314 each entry is also shown, in bytes (hex). The indentation shows the entries
315 nested inside their sections.
316
317
318 Passing command-line arguments to entries
319 -----------------------------------------
320
321 Sometimes it is useful to pass binman the value of an entry property from the
322 command line. For example some entries need access to files and it is not
323 always convenient to put these filenames in the image definition (device tree).
324
325 The-a option supports this::
326
327     -a<prop>=<value>
328
329 where::
330
331     <prop> is the property to set
332     <value> is the value to set it to
333
334 Not all properties can be provided this way. Only some entries support it,
335 typically for filenames.
336
337
338 Image description format
339 ========================
340
341 The binman node is called 'binman'. An example image description is shown
342 below::
343
344     binman {
345         filename = "u-boot-sunxi-with-spl.bin";
346         pad-byte = <0xff>;
347         blob {
348             filename = "spl/sunxi-spl.bin";
349         };
350         u-boot {
351             offset = <CONFIG_SPL_PAD_TO>;
352         };
353     };
354
355
356 This requests binman to create an image file called u-boot-sunxi-with-spl.bin
357 consisting of a specially formatted SPL (spl/sunxi-spl.bin, built by the
358 normal U-Boot Makefile), some 0xff padding, and a U-Boot legacy image. The
359 padding comes from the fact that the second binary is placed at
360 CONFIG_SPL_PAD_TO. If that line were omitted then the U-Boot binary would
361 immediately follow the SPL binary.
362
363 The binman node describes an image. The sub-nodes describe entries in the
364 image. Each entry represents a region within the overall image. The name of
365 the entry (blob, u-boot) tells binman what to put there. For 'blob' we must
366 provide a filename. For 'u-boot', binman knows that this means 'u-boot.bin'.
367
368 Entries are normally placed into the image sequentially, one after the other.
369 The image size is the total size of all entries. As you can see, you can
370 specify the start offset of an entry using the 'offset' property.
371
372 Note that due to a device tree requirement, all entries must have a unique
373 name. If you want to put the same binary in the image multiple times, you can
374 use any unique name, with the 'type' property providing the type.
375
376 The attributes supported for entries are described below.
377
378 offset:
379     This sets the offset of an entry within the image or section containing
380     it. The first byte of the image is normally at offset 0. If 'offset' is
381     not provided, binman sets it to the end of the previous region, or the
382     start of the image's entry area (normally 0) if there is no previous
383     region.
384
385 align:
386     This sets the alignment of the entry. The entry offset is adjusted
387     so that the entry starts on an aligned boundary within the containing
388     section or image. For example 'align = <16>' means that the entry will
389     start on a 16-byte boundary. This may mean that padding is added before
390     the entry. The padding is part of the containing section but is not
391     included in the entry, meaning that an empty space may be created before
392     the entry starts. Alignment should be a power of 2. If 'align' is not
393     provided, no alignment is performed.
394
395 size:
396     This sets the size of the entry. The contents will be padded out to
397     this size. If this is not provided, it will be set to the size of the
398     contents.
399
400 pad-before:
401     Padding before the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
402     that the contents start at the beginning of the entry. This can be used
403     to offset the entry contents a little. While this does not affect the
404     contents of the entry within binman itself (the padding is performed
405     only when its parent section is assembled), the end result will be that
406     the entry starts with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
407
408 pad-after:
409     Padding after the contents of the entry. Normally this is 0, meaning
410     that the entry ends at the last byte of content (unless adjusted by
411     other properties). This allows room to be created in the image for
412     this entry to expand later. While this does not affect the contents of
413     the entry within binman itself (the padding is performed only when its
414     parent section is assembled), the end result will be that the entry ends
415     with the padding bytes, so may grow. Defaults to 0.
416
417 align-size:
418     This sets the alignment of the entry size. For example, to ensure
419     that the size of an entry is a multiple of 64 bytes, set this to 64.
420     While this does not affect the contents of the entry within binman
421     itself (the padding is performed only when its parent section is
422     assembled), the end result is that the entry ends with the padding
423     bytes, so may grow. If 'align-size' is not provided, no alignment is
424     performed.
425
426 align-end:
427     This sets the alignment of the end of an entry with respect to the
428     containing section. Some entries require that they end on an alignment
429     boundary, regardless of where they start. This does not move the start
430     of the entry, so the contents of the entry will still start at the
431     beginning. But there may be padding at the end. While this does not
432     affect the contents of the entry within binman itself (the padding is
433     performed only when its parent section is assembled), the end result
434     is that the entry ends with the padding bytes, so may grow.
435     If 'align-end' is not provided, no alignment is performed.
436
437 filename:
438     For 'blob' types this provides the filename containing the binary to
439     put into the entry. If binman knows about the entry type (like
440     u-boot-bin), then there is no need to specify this.
441
442 type:
443     Sets the type of an entry. This defaults to the entry name, but it is
444     possible to use any name, and then add (for example) 'type = "u-boot"'
445     to specify the type.
446
447 offset-unset:
448     Indicates that the offset of this entry should not be set by placing
449     it immediately after the entry before. Instead, is set by another
450     entry which knows where this entry should go. When this boolean
451     property is present, binman will give an error if another entry does
452     not set the offset (with the GetOffsets() method).
453
454 image-pos:
455     This cannot be set on entry (or at least it is ignored if it is), but
456     with the -u option, binman will set it to the absolute image position
457     for each entry. This makes it easy to find out exactly where the entry
458     ended up in the image, regardless of parent sections, etc.
459
460 expand-size:
461     Expand the size of this entry to fit available space. This space is only
462     limited by the size of the image/section and the position of the next
463     entry.
464
465 compress:
466     Sets the compression algortihm to use (for blobs only). See the entry
467     documentation for details.
468
469 missing-msg:
470     Sets the tag of the message to show if this entry is missing. This is
471     used for external blobs. When they are missing it is helpful to show
472     information about what needs to be fixed. See missing-blob-help for the
473     message for each tag.
474
475 The attributes supported for images and sections are described below. Several
476 are similar to those for entries.
477
478 size:
479     Sets the image size in bytes, for example 'size = <0x100000>' for a
480     1MB image.
481
482 offset:
483     This is similar to 'offset' in entries, setting the offset of a section
484     within the image or section containing it. The first byte of the section
485     is normally at offset 0. If 'offset' is not provided, binman sets it to
486     the end of the previous region, or the start of the image's entry area
487     (normally 0) if there is no previous region.
488
489 align-size:
490     This sets the alignment of the image size. For example, to ensure
491     that the image ends on a 512-byte boundary, use 'align-size = <512>'.
492     If 'align-size' is not provided, no alignment is performed.
493
494 pad-before:
495     This sets the padding before the image entries. The first entry will
496     be positioned after the padding. This defaults to 0.
497
498 pad-after:
499     This sets the padding after the image entries. The padding will be
500     placed after the last entry. This defaults to 0.
501
502 pad-byte:
503     This specifies the pad byte to use when padding in the image. It
504     defaults to 0. To use 0xff, you would add 'pad-byte = <0xff>'.
505
506 filename:
507     This specifies the image filename. It defaults to 'image.bin'.
508
509 sort-by-offset:
510     This causes binman to reorder the entries as needed to make sure they
511     are in increasing positional order. This can be used when your entry
512     order may not match the positional order. A common situation is where
513     the 'offset' properties are set by CONFIG options, so their ordering is
514     not known a priori.
515
516     This is a boolean property so needs no value. To enable it, add a
517     line 'sort-by-offset;' to your description.
518
519 multiple-images:
520     Normally only a single image is generated. To create more than one
521     image, put this property in the binman node. For example, this will
522     create image1.bin containing u-boot.bin, and image2.bin containing
523     both spl/u-boot-spl.bin and u-boot.bin::
524
525         binman {
526             multiple-images;
527             image1 {
528                 u-boot {
529                 };
530             };
531
532             image2 {
533                 spl {
534                 };
535                 u-boot {
536                 };
537             };
538         };
539
540 end-at-4gb:
541     For x86 machines the ROM offsets start just before 4GB and extend
542     up so that the image finished at the 4GB boundary. This boolean
543     option can be enabled to support this. The image size must be
544     provided so that binman knows when the image should start. For an
545     8MB ROM, the offset of the first entry would be 0xfff80000 with
546     this option, instead of 0 without this option.
547
548 skip-at-start:
549     This property specifies the entry offset of the first entry.
550
551     For PowerPC mpc85xx based CPU, CONFIG_SYS_TEXT_BASE is the entry
552     offset of the first entry. It can be 0xeff40000 or 0xfff40000 for
553     nor flash boot, 0x201000 for sd boot etc.
554
555     'end-at-4gb' property is not applicable where CONFIG_SYS_TEXT_BASE +
556     Image size != 4gb.
557
558 Examples of the above options can be found in the tests. See the
559 tools/binman/test directory.
560
561 It is possible to have the same binary appear multiple times in the image,
562 either by using a unit number suffix (u-boot@0, u-boot@1) or by using a
563 different name for each and specifying the type with the 'type' attribute.
564
565
566 Sections and hierachical images
567 -------------------------------
568
569 Sometimes it is convenient to split an image into several pieces, each of which
570 contains its own set of binaries. An example is a flash device where part of
571 the image is read-only and part is read-write. We can set up sections for each
572 of these, and place binaries in them independently. The image is still produced
573 as a single output file.
574
575 This feature provides a way of creating hierarchical images. For example here
576 is an example image with two copies of U-Boot. One is read-only (ro), intended
577 to be written only in the factory. Another is read-write (rw), so that it can be
578 upgraded in the field. The sizes are fixed so that the ro/rw boundary is known
579 and can be programmed::
580
581     binman {
582         section@0 {
583             read-only;
584             name-prefix = "ro-";
585             size = <0x100000>;
586             u-boot {
587             };
588         };
589         section@1 {
590             name-prefix = "rw-";
591             size = <0x100000>;
592             u-boot {
593             };
594         };
595     };
596
597 This image could be placed into a SPI flash chip, with the protection boundary
598 set at 1MB.
599
600 A few special properties are provided for sections:
601
602 read-only:
603     Indicates that this section is read-only. This has no impact on binman's
604     operation, but his property can be read at run time.
605
606 name-prefix:
607     This string is prepended to all the names of the binaries in the
608     section. In the example above, the 'u-boot' binaries which actually be
609     renamed to 'ro-u-boot' and 'rw-u-boot'. This can be useful to
610     distinguish binaries with otherwise identical names.
611
612
613 Image Properties
614 ----------------
615
616 Image nodes act like sections but also have a few extra properties:
617
618 filename:
619     Output filename for the image. This defaults to image.bin (or in the
620     case of multiple images <nodename>.bin where <nodename> is the name of
621     the image node.
622
623 allow-repack:
624     Create an image that can be repacked. With this option it is possible
625     to change anything in the image after it is created, including updating
626     the position and size of image components. By default this is not
627     permitted since it is not possibly to know whether this might violate a
628     constraint in the image description. For example, if a section has to
629     increase in size to hold a larger binary, that might cause the section
630     to fall out of its allow region (e.g. read-only portion of flash).
631
632     Adding this property causes the original offset and size values in the
633     image description to be stored in the FDT and fdtmap.
634
635
636 Hashing Entries
637 ---------------
638
639 It is possible to ask binman to hash the contents of an entry and write that
640 value back to the device-tree node. For example::
641
642     binman {
643         u-boot {
644             hash {
645                 algo = "sha256";
646             };
647         };
648     };
649
650 Here, a new 'value' property will be written to the 'hash' node containing
651 the hash of the 'u-boot' entry. Only SHA256 is supported at present. Whole
652 sections can be hased if desired, by adding the 'hash' node to the section.
653
654 The has value can be chcked at runtime by hashing the data actually read and
655 comparing this has to the value in the device tree.
656
657
658 Expanded entries
659 ----------------
660
661 Binman automatically replaces 'u-boot' with an expanded version of that, i.e.
662 'u-boot-expanded'. This means that when you write::
663
664     u-boot {
665     };
666
667 you actually get::
668
669     u-boot {
670         type = "u-boot-expanded';
671     };
672
673 which in turn expands to::
674
675     u-boot {
676         type = "section";
677
678         u-boot-nodtb {
679         };
680
681         u-boot-dtb {
682         };
683     };
684
685 U-Boot's various phase binaries actually comprise two or three pieces.
686 For example, u-boot.bin has the executable followed by a devicetree.
687
688 With binman we want to be able to update that devicetree with full image
689 information so that it is accessible to the executable. This is tricky
690 if it is not clear where the devicetree starts.
691
692 The above feature ensures that the devicetree is clearly separated from the
693 U-Boot executable and can be updated separately by binman as needed. It can be
694 disabled with the --no-expanded flag if required.
695
696 The same applies for u-boot-spl and u-boot-spl. In those cases, the expansion
697 includes the BSS padding, so for example::
698
699     spl {
700         type = "u-boot-spl"
701     };
702
703 you actually get::
704
705     spl {
706         type = "u-boot-expanded';
707     };
708
709 which in turn expands to::
710
711     spl {
712         type = "section";
713
714         u-boot-spl-nodtb {
715         };
716
717         u-boot-spl-bss-pad {
718         };
719
720         u-boot-spl-dtb {
721         };
722     };
723
724 Of course we should not expand SPL if it has no devicetree. Also if the BSS
725 padding is not needed (because BSS is in RAM as with CONFIG_SPL_SEPARATE_BSS),
726 the 'u-boot-spl-bss-pad' subnode should not be created. The use of the expaned
727 entry type is controlled by the UseExpanded() method. In the SPL case it checks
728 the 'spl-dtb' entry arg, which is 'y' or '1' if SPL has a devicetree.
729
730 For the BSS case, a 'spl-bss-pad' entry arg controls whether it is present. All
731 entry args are provided by the U-Boot Makefile.
732
733
734 Compression
735 -----------
736
737 Binman support compression for 'blob' entries (those of type 'blob' and
738 derivatives). To enable this for an entry, add a 'compress' property::
739
740     blob {
741         filename = "datafile";
742         compress = "lz4";
743     };
744
745 The entry will then contain the compressed data, using the 'lz4' compression
746 algorithm. Currently this is the only one that is supported. The uncompressed
747 size is written to the node in an 'uncomp-size' property, if -u is used.
748
749 Compression is also supported for sections. In that case the entire section is
750 compressed in one block, including all its contents. This means that accessing
751 an entry from the section required decompressing the entire section. Also, the
752 size of a section indicates the space that it consumes in its parent section
753 (and typically the image). With compression, the section may contain more data,
754 and the uncomp-size property indicates that, as above. The contents of the
755 section is compressed first, before any padding is added. This ensures that the
756 padding itself is not compressed, which would be a waste of time.
757
758
759 Automatic .dtsi inclusion
760 -------------------------
761
762 It is sometimes inconvenient to add a 'binman' node to the .dts file for each
763 board. This can be done by using #include to bring in a common file. Another
764 approach supported by the U-Boot build system is to automatically include
765 a common header. You can then put the binman node (and anything else that is
766 specific to U-Boot, such as u-boot,dm-pre-reloc properies) in that header
767 file.
768
769 Binman will search for the following files in arch/<arch>/dts::
770
771    <dts>-u-boot.dtsi where <dts> is the base name of the .dts file
772    <CONFIG_SYS_SOC>-u-boot.dtsi
773    <CONFIG_SYS_CPU>-u-boot.dtsi
774    <CONFIG_SYS_VENDOR>-u-boot.dtsi
775    u-boot.dtsi
776
777 U-Boot will only use the first one that it finds. If you need to include a
778 more general file you can do that from the more specific file using #include.
779 If you are having trouble figuring out what is going on, you can uncomment
780 the 'warning' line in scripts/Makefile.lib to see what it has found::
781
782    # Uncomment for debugging
783    # This shows all the files that were considered and the one that we chose.
784    # u_boot_dtsi_options_debug = $(u_boot_dtsi_options_raw)
785
786
787 Entry Documentation
788 ===================
789
790 For details on the various entry types supported by binman and how to use them,
791 see entries.rst which is generated from the source code using:
792
793     binman entry-docs >tools/binman/entries.rst
794
795 .. toctree::
796    :maxdepth: 2
797
798    entries
799
800
801 Managing images
802 ===============
803
804 Listing images
805 --------------
806
807 It is possible to list the entries in an existing firmware image created by
808 binman, provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
809
810     $ binman ls -i image.bin
811     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
812     ----------------------------------------------------------------------
813     main-section                  c00  section            0
814       u-boot                  0     4  u-boot             0
815       section                     5fc  section            4
816         cbfs                100   400  cbfs               0
817           u-boot            138     4  u-boot            38
818           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
819         u-boot-dtb          500   1ff  u-boot-dtb       400          3b5
820       fdtmap                6fc   381  fdtmap           6fc
821       image-header          bf8     8  image-header     bf8
822
823 This shows the hierarchy of the image, the position, size and type of each
824 entry, the offset of each entry within its parent and the uncompressed size if
825 the entry is compressed.
826
827 It is also possible to list just some files in an image, e.g.::
828
829     $ binman ls -i image.bin section/cbfs
830     Name              Image-pos  Size  Entry-type  Offset  Uncomp-size
831     --------------------------------------------------------------------
832         cbfs                100   400  cbfs             0
833           u-boot            138     4  u-boot          38
834           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb      80          3b5
835
836 or with wildcards::
837
838     $ binman ls -i image.bin "*cb*" "*head*"
839     Name              Image-pos  Size  Entry-type    Offset  Uncomp-size
840     ----------------------------------------------------------------------
841         cbfs                100   400  cbfs               0
842           u-boot            138     4  u-boot            38
843           u-boot-dtb        180   108  u-boot-dtb        80          3b5
844       image-header          bf8     8  image-header     bf8
845
846
847 Extracting files from images
848 ----------------------------
849
850 You can extract files from an existing firmware image created by binman,
851 provided that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example::
852
853     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot
854
855 which will write the uncompressed contents of that entry to the file 'u-boot' in
856 the current directory. You can also extract to a particular file, in this case
857 u-boot.bin::
858
859     $ binman extract -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
860
861 It is possible to extract all files into a destination directory, which will
862 put files in subdirectories matching the entry hierarchy::
863
864     $ binman extract -i image.bin -O outdir
865
866 or just a selection::
867
868     $ binman extract -i image.bin "*u-boot*" -O outdir
869
870
871 Replacing files in an image
872 ---------------------------
873
874 You can replace files in an existing firmware image created by binman, provided
875 that there is an 'fdtmap' entry in the image. For example:
876
877     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot
878
879 which will write the contents of the file 'u-boot' from the current directory
880 to the that entry, compressing if necessary. If the entry size changes, you must
881 add the 'allow-repack' property to the original image before generating it (see
882 above), otherwise you will get an error.
883
884 You can also use a particular file, in this case u-boot.bin::
885
886     $ binman replace -i image.bin section/cbfs/u-boot -f u-boot.bin
887
888 It is possible to replace all files from a source directory which uses the same
889 hierarchy as the entries::
890
891     $ binman replace -i image.bin -I indir
892
893 Files that are missing will generate a warning.
894
895 You can also replace just a selection of entries::
896
897     $ binman replace -i image.bin "*u-boot*" -I indir
898
899
900 Logging
901 -------
902
903 Binman normally operates silently unless there is an error, in which case it
904 just displays the error. The -D/--debug option can be used to create a full
905 backtrace when errors occur. You can use BINMAN_DEBUG=1 when building to select
906 this.
907
908 Internally binman logs some output while it is running. This can be displayed
909 by increasing the -v/--verbosity from the default of 1:
910
911    0: silent
912    1: warnings only
913    2: notices (important messages)
914    3: info about major operations
915    4: detailed information about each operation
916    5: debug (all output)
917
918 You can use BINMAN_VERBOSE=5 (for example) when building to select this.
919
920
921 Technical details
922 =================
923
924 Order of image creation
925 -----------------------
926
927 Image creation proceeds in the following order, for each entry in the image.
928
929 1. AddMissingProperties() - binman can add calculated values to the device
930 tree as part of its processing, for example the offset and size of each
931 entry. This method adds any properties associated with this, expanding the
932 device tree as needed. These properties can have placeholder values which are
933 set later by SetCalculatedProperties(). By that stage the size of sections
934 cannot be changed (since it would cause the images to need to be repacked),
935 but the correct values can be inserted.
936
937 2. ProcessFdt() - process the device tree information as required by the
938 particular entry. This may involve adding or deleting properties. If the
939 processing is complete, this method should return True. If the processing
940 cannot complete because it needs the ProcessFdt() method of another entry to
941 run first, this method should return False, in which case it will be called
942 again later.
943
944 3. GetEntryContents() - the contents of each entry are obtained, normally by
945 reading from a file. This calls the Entry.ObtainContents() to read the
946 contents. The default version of Entry.ObtainContents() calls
947 Entry.GetDefaultFilename() and then reads that file. So a common mechanism
948 to select a file to read is to override that function in the subclass. The
949 functions must return True when they have read the contents. Binman will
950 retry calling the functions a few times if False is returned, allowing
951 dependencies between the contents of different entries.
952
953 4. GetEntryOffsets() - calls Entry.GetOffsets() for each entry. This can
954 return a dict containing entries that need updating. The key should be the
955 entry name and the value is a tuple (offset, size). This allows an entry to
956 provide the offset and size for other entries. The default implementation
957 of GetEntryOffsets() returns {}.
958
959 5. PackEntries() - calls Entry.Pack() which figures out the offset and
960 size of an entry. The 'current' image offset is passed in, and the function
961 returns the offset immediately after the entry being packed. The default
962 implementation of Pack() is usually sufficient.
963
964 Note: for sections, this also checks that the entries do not overlap, nor extend
965 outside the section. If the section does not have a defined size, the size is
966 set large enough to hold all the entries.
967
968 6. SetImagePos() - sets the image position of every entry. This is the absolute
969 position 'image-pos', as opposed to 'offset' which is relative to the containing
970 section. This must be done after all offsets are known, which is why it is quite
971 late in the ordering.
972
973 7. SetCalculatedProperties() - update any calculated properties in the device
974 tree. This sets the correct 'offset' and 'size' vaues, for example.
975
976 8. ProcessEntryContents() - this calls Entry.ProcessContents() on each entry.
977 The default implementatoin does nothing. This can be overriden to adjust the
978 contents of an entry in some way. For example, it would be possible to create
979 an entry containing a hash of the contents of some other entries. At this
980 stage the offset and size of entries should not be adjusted unless absolutely
981 necessary, since it requires a repack (going back to PackEntries()).
982
983 9. ResetForPack() - if the ProcessEntryContents() step failed, in that an entry
984 has changed its size, then there is no alternative but to go back to step 5 and
985 try again, repacking the entries with the updated size. ResetForPack() removes
986 the fixed offset/size values added by binman, so that the packing can start from
987 scratch.
988
989 10. WriteSymbols() - write the value of symbols into the U-Boot SPL binary.
990 See 'Access to binman entry offsets at run time' below for a description of
991 what happens in this stage.
992
993 11. BuildImage() - builds the image and writes it to a file
994
995 12. WriteMap() - writes a text file containing a map of the image. This is the
996 final step.
997
998
999 External tools
1000 --------------
1001
1002 Binman can make use of external command-line tools to handle processing of
1003 entry contents or to generate entry contents. These tools are executed using
1004 the 'tools' module's Run() method. The tools generally must exist on the PATH,
1005 but the --toolpath option can be used to specify additional search paths to
1006 use. This option can be specified multiple times to add more than one path.
1007
1008 For some compile tools binman will use the versions specified by commonly-used
1009 environment variables like CC and HOSTCC for the C compiler, based on whether
1010 the tool's output will be used for the target or for the host machine. If those
1011 aren't given, it will also try to derive target-specific versions from the
1012 CROSS_COMPILE environment variable during a cross-compilation.
1013
1014
1015 Code coverage
1016 -------------
1017
1018 Binman is a critical tool and is designed to be very testable. Entry
1019 implementations target 100% test coverage. Run 'binman test -T' to check this.
1020
1021 To enable Python test coverage on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1022
1023    $ sudo apt-get install python-coverage python3-coverage python-pytest
1024
1025
1026 Concurrent tests
1027 ----------------
1028
1029 Binman tries to run tests concurrently. This means that the tests make use of
1030 all available CPUs to run.
1031
1032  To enable this::
1033
1034    $ sudo apt-get install python-subunit python3-subunit
1035
1036 Use '-P 1' to disable this. It is automatically disabled when code coverage is
1037 being used (-T) since they are incompatible.
1038
1039
1040 Debugging tests
1041 ---------------
1042
1043 Sometimes when debugging tests it is useful to keep the input and output
1044 directories so they can be examined later. Use -X or --test-preserve-dirs for
1045 this.
1046
1047
1048 Running tests on non-x86 architectures
1049 --------------------------------------
1050
1051 Binman's tests have been written under the assumption that they'll be run on a
1052 x86-like host and there hasn't been an attempt to make them portable yet.
1053 However, it's possible to run the tests by cross-compiling to x86.
1054
1055 To install an x86 cross-compiler on Debian-type distributions (e.g. Ubuntu)::
1056
1057   $ sudo apt-get install gcc-x86-64-linux-gnu
1058
1059 Then, you can run the tests under cross-compilation::
1060
1061   $ CROSS_COMPILE=x86_64-linux-gnu- binman test -T
1062
1063 You can also use gcc-i686-linux-gnu similar to the above.
1064
1065
1066 Writing new entries and debugging
1067 ---------------------------------
1068
1069 The behaviour of entries is defined by the Entry class. All other entries are
1070 a subclass of this. An important subclass is Entry_blob which takes binary
1071 data from a file and places it in the entry. In fact most entry types are
1072 subclasses of Entry_blob.
1073
1074 Each entry type is a separate file in the tools/binman/etype directory. Each
1075 file contains a class called Entry_<type> where <type> is the entry type.
1076 New entry types can be supported by adding new files in that directory.
1077 These will automatically be detected by binman when needed.
1078
1079 Entry properties are documented in entry.py. The entry subclasses are free
1080 to change the values of properties to support special behaviour. For example,
1081 when Entry_blob loads a file, it sets content_size to the size of the file.
1082 Entry classes can adjust other entries. For example, an entry that knows
1083 where other entries should be positioned can set up those entries' offsets
1084 so they don't need to be set in the binman decription. It can also adjust
1085 entry contents.
1086
1087 Most of the time such essoteric behaviour is not needed, but it can be
1088 essential for complex images.
1089
1090 If you need to specify a particular device-tree compiler to use, you can define
1091 the DTC environment variable. This can be useful when the system dtc is too
1092 old.
1093
1094 To enable a full backtrace and other debugging features in binman, pass
1095 BINMAN_DEBUG=1 to your build::
1096
1097    make qemu-x86_defconfig
1098    make BINMAN_DEBUG=1
1099
1100 To enable verbose logging from binman, base BINMAN_VERBOSE to your build, which
1101 adds a -v<level> option to the call to binman::
1102
1103    make qemu-x86_defconfig
1104    make BINMAN_VERBOSE=5
1105
1106
1107 History / Credits
1108 -----------------
1109
1110 Binman takes a lot of inspiration from a Chrome OS tool called
1111 'cros_bundle_firmware', which I wrote some years ago. That tool was based on
1112 a reasonably simple and sound design but has expanded greatly over the
1113 years. In particular its handling of x86 images is convoluted.
1114
1115 Quite a few lessons have been learned which are hopefully applied here.
1116
1117
1118 Design notes
1119 ------------
1120
1121 On the face of it, a tool to create firmware images should be fairly simple:
1122 just find all the input binaries and place them at the right place in the
1123 image. The difficulty comes from the wide variety of input types (simple
1124 flat binaries containing code, packaged data with various headers), packing
1125 requirments (alignment, spacing, device boundaries) and other required
1126 features such as hierarchical images.
1127
1128 The design challenge is to make it easy to create simple images, while
1129 allowing the more complex cases to be supported. For example, for most
1130 images we don't much care exactly where each binary ends up, so we should
1131 not have to specify that unnecessarily.
1132
1133 New entry types should aim to provide simple usage where possible. If new
1134 core features are needed, they can be added in the Entry base class.
1135
1136
1137 To do
1138 -----
1139
1140 Some ideas:
1141
1142 - Use of-platdata to make the information available to code that is unable
1143   to use device tree (such as a very small SPL image). For now, limited info is
1144   available via linker symbols
1145 - Allow easy building of images by specifying just the board name
1146 - Support building an image for a board (-b) more completely, with a
1147   configurable build directory
1148 - Detect invalid properties in nodes
1149 - Sort the fdtmap by offset
1150 - Output temporary files to a different directory
1151
1152 --
1153 Simon Glass <sjg@chromium.org>
1154 7/7/2016