tools/kwboot.c

   1 /*
   2  * Boot a Marvell SoC, with Xmodem over UART0.
   3  *  supports Kirkwood, Dove, Armada 370, Armada XP
   4  *
   5  * (c) 2012 Daniel Stodden <daniel.stodden@gmail.com>
   6  *
   7  * References: marvell.com, "88F6180, 88F6190, 88F6192, and 88F6281
   8  *   Integrated Controller: Functional Specifications" December 2,
   9  *   2008. Chapter 24.2 "BootROM Firmware".
  10  */
  11
  12 #include "kwbimage.h"
  13 #include "mkimage.h"
  14
  15 #include <stdlib.h>
  16 #include <stdio.h>
  17 #include <string.h>
  18 #include <stdarg.h>
  19 #include <image.h>
  20 #include <libgen.h>
  21 #include <fcntl.h>
  22 #include <errno.h>
  23 #include <unistd.h>
  24 #include <stdint.h>
  25 #include <termios.h>
  26 #include <sys/mman.h>
  27 #include <sys/stat.h>
  28
  29 #ifdef __GNUC__
  30 #define PACKED __attribute((packed))
  31 #else
  32 #define PACKED
  33 #endif
  34
  35 /*
  36  * Marvell BootROM UART Sensing
  37  */
  38
  39 static unsigned char kwboot_msg_boot[] = {
  40         0xBB, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77
  41 };
  42
  43 static unsigned char kwboot_msg_debug[] = {
  44         0xDD, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77
  45 };
  46
  47 /* Defines known to work on Kirkwood */
  48 #define KWBOOT_MSG_REQ_DELAY    10 /* ms */
  49 #define KWBOOT_MSG_RSP_TIMEO    50 /* ms */
  50
  51 /* Defines known to work on Armada XP */
  52 #define KWBOOT_MSG_REQ_DELAY_AXP        1000 /* ms */
  53 #define KWBOOT_MSG_RSP_TIMEO_AXP        1000 /* ms */
  54
  55 /*
  56  * Xmodem Transfers
  57  */
  58
  59 #define SOH     1       /* sender start of block header */
  60 #define EOT     4       /* sender end of block transfer */
  61 #define ACK     6       /* target block ack */
  62 #define NAK     21      /* target block negative ack */
  63 #define CAN     24      /* target/sender transfer cancellation */
  64
  65 struct kwboot_block {
  66         uint8_t soh;
  67         uint8_t pnum;
  68         uint8_t _pnum;
  69         uint8_t data[128];
  70         uint8_t csum;
  71 } PACKED;
  72
  73 #define KWBOOT_BLK_RSP_TIMEO 1000 /* ms */
  74
  75 static int kwboot_verbose;
  76
  77 static int msg_req_delay = KWBOOT_MSG_REQ_DELAY;
  78 static int msg_rsp_timeo = KWBOOT_MSG_RSP_TIMEO;
  79 static int blk_rsp_timeo = KWBOOT_BLK_RSP_TIMEO;
  80
  81 static void
  82 kwboot_printv(const char *fmt, ...)
  83 {
  84         va_list ap;
  85
  86         if (kwboot_verbose) {
  87                 va_start(ap, fmt);
  88                 vprintf(fmt, ap);
  89                 va_end(ap);
  90                 fflush(stdout);
  91         }
  92 }
  93
  94 static void
  95 __spinner(void)
  96 {
  97         const char seq[] = { '-', '\\', '|', '/' };
  98         const int div = 8;
  99         static int state, bs;
 100
 101         if (state % div == 0) {
 102                 fputc(bs, stdout);
 103                 fputc(seq[state / div % sizeof(seq)], stdout);
 104                 fflush(stdout);
 105         }
 106
 107         bs = '\b';
 108         state++;
 109 }
 110
 111 static void
 112 kwboot_spinner(void)
 113 {
 114         if (kwboot_verbose)
 115                 __spinner();
 116 }
 117
 118 static void
 119 __progress(int pct, char c)
 120 {
 121         const int width = 70;
 122         static const char *nl = "";
 123         static int pos;
 124
 125         if (pos % width == 0)
 126                 printf("%s%3d %% [", nl, pct);
 127
 128         fputc(c, stdout);
 129
 130         nl = "]\n";
 131         pos++;
 132
 133         if (pct == 100) {
 134                 while (pos++ < width)
 135                         fputc(' ', stdout);
 136                 fputs(nl, stdout);
 137         }
 138
 139         fflush(stdout);
 140
 141 }
 142
 143 static void
 144 kwboot_progress(int _pct, char c)
 145 {
 146         static int pct;
 147
 148         if (_pct != -1)
 149                 pct = _pct;
 150
 151         if (kwboot_verbose)
 152                 __progress(pct, c);
 153 }
 154
 155 static int
 156 kwboot_tty_recv(int fd, void *buf, size_t len, int timeo)
 157 {
 158         int rc, nfds;
 159         fd_set rfds;
 160         struct timeval tv;
 161         ssize_t n;
 162
 163         rc = -1;
 164
 165         FD_ZERO(&rfds);
 166         FD_SET(fd, &rfds);
 167
 168         tv.tv_sec = 0;
 169         tv.tv_usec = timeo * 1000;
 170         if (tv.tv_usec > 1000000) {
 171                 tv.tv_sec += tv.tv_usec / 1000000;
 172                 tv.tv_usec %= 1000000;
 173         }
 174
 175         do {
 176                 nfds = select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
 177                 if (nfds < 0)
 178                         goto out;
 179                 if (!nfds) {
 180                         errno = ETIMEDOUT;
 181                         goto out;
 182                 }
 183
 184                 n = read(fd, buf, len);
 185                 if (n < 0)
 186                         goto out;
 187
 188                 buf = (char *)buf + n;
 189                 len -= n;
 190         } while (len > 0);
 191
 192         rc = 0;
 193 out:
 194         return rc;
 195 }
 196
 197 static int
 198 kwboot_tty_send(int fd, const void *buf, size_t len)
 199 {
 200         int rc;
 201         ssize_t n;
 202
 203         if (!buf)
 204                 return 0;
 205
 206         rc = -1;
 207
 208         do {
 209                 n = write(fd, buf, len);
 210                 if (n < 0)
 211                         goto out;
 212
 213                 buf = (char *)buf + n;
 214                 len -= n;
 215         } while (len > 0);
 216
 217         rc = tcdrain(fd);
 218 out:
 219         return rc;
 220 }
 221
 222 static int
 223 kwboot_tty_send_char(int fd, unsigned char c)
 224 {
 225         return kwboot_tty_send(fd, &c, 1);
 226 }
 227
 228 static speed_t
 229 kwboot_tty_speed(int baudrate)
 230 {
 231         switch (baudrate) {
 232         case 115200:
 233                 return B115200;
 234         case 57600:
 235                 return B57600;
 236         case 38400:
 237                 return B38400;
 238         case 19200:
 239                 return B19200;
 240         case 9600:
 241                 return B9600;
 242         }
 243
 244         return -1;
 245 }
 246
 247 static int
 248 kwboot_open_tty(const char *path, speed_t speed)
 249 {
 250         int rc, fd;
 251         struct termios tio;
 252
 253         rc = -1;
 254
 255         fd = open(path, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY);
 256         if (fd < 0)
 257                 goto out;
 258
 259         memset(&tio, 0, sizeof(tio));
 260
 261         tio.c_iflag = 0;
 262         tio.c_cflag = CREAD|CLOCAL|CS8;
 263
 264         tio.c_cc[VMIN] = 1;
 265         tio.c_cc[VTIME] = 10;
 266
 267         cfsetospeed(&tio, speed);
 268         cfsetispeed(&tio, speed);
 269
 270         rc = tcsetattr(fd, TCSANOW, &tio);
 271         if (rc)
 272                 goto out;
 273
 274         rc = fd;
 275 out:
 276         if (rc < 0) {
 277                 if (fd >= 0)
 278                         close(fd);
 279         }
 280
 281         return rc;
 282 }
 283
 284 static int
 285 kwboot_bootmsg(int tty, void *msg)
 286 {
 287         int rc;
 288         char c;
 289
 290         if (msg == NULL)
 291                 kwboot_printv("Please reboot the target into UART boot mode...");
 292         else
 293                 kwboot_printv("Sending boot message. Please reboot the target...");
 294
 295         do {
 296                 rc = tcflush(tty, TCIOFLUSH);
 297                 if (rc)
 298                         break;
 299
 300                 rc = kwboot_tty_send(tty, msg, 8);
 301                 if (rc) {
 302                         usleep(msg_req_delay * 1000);
 303                         continue;
 304                 }
 305
 306                 rc = kwboot_tty_recv(tty, &c, 1, msg_rsp_timeo);
 307
 308                 kwboot_spinner();
 309
 310         } while (rc || c != NAK);
 311
 312         kwboot_printv("\n");
 313
 314         return rc;
 315 }
 316
 317 static int
 318 kwboot_debugmsg(int tty, void *msg)
 319 {
 320         int rc;
 321
 322         kwboot_printv("Sending debug message. Please reboot the target...");
 323
 324         do {
 325                 char buf[16];
 326
 327                 rc = tcflush(tty, TCIOFLUSH);
 328                 if (rc)
 329                         break;
 330
 331                 rc = kwboot_tty_send(tty, msg, 8);
 332                 if (rc) {
 333                         usleep(msg_req_delay * 1000);
 334                         continue;
 335                 }
 336
 337                 rc = kwboot_tty_recv(tty, buf, 16, msg_rsp_timeo);
 338
 339                 kwboot_spinner();
 340
 341         } while (rc);
 342
 343         kwboot_printv("\n");
 344
 345         return rc;
 346 }
 347
 348 static int
 349 kwboot_xm_makeblock(struct kwboot_block *block, const void *data,
 350                     size_t size, int pnum)
 351 {
 352         const size_t blksz = sizeof(block->data);
 353         size_t n;
 354         int i;
 355
 356         block->soh = SOH;
 357         block->pnum = pnum;
 358         block->_pnum = ~block->pnum;
 359
 360         n = size < blksz ? size : blksz;
 361         memcpy(&block->data[0], data, n);
 362         memset(&block->data[n], 0, blksz - n);
 363
 364         block->csum = 0;
 365         for (i = 0; i < n; i++)
 366                 block->csum += block->data[i];
 367
 368         return n;
 369 }
 370
 371 static int
 372 kwboot_xm_sendblock(int fd, struct kwboot_block *block)
 373 {
 374         int rc, retries;
 375         char c;
 376
 377         retries = 16;
 378         do {
 379                 rc = kwboot_tty_send(fd, block, sizeof(*block));
 380                 if (rc)
 381                         break;
 382
 383                 do {
 384                         rc = kwboot_tty_recv(fd, &c, 1, blk_rsp_timeo);
 385                         if (rc)
 386                                 break;
 387
 388                         if (c != ACK && c != NAK && c != CAN)
 389                                 printf("%c", c);
 390
 391                 } while (c != ACK && c != NAK && c != CAN);
 392
 393                 if (c != ACK)
 394                         kwboot_progress(-1, '+');
 395
 396         } while (c == NAK && retries-- > 0);
 397
 398         rc = -1;
 399
 400         switch (c) {
 401         case ACK:
 402                 rc = 0;
 403                 break;
 404         case NAK:
 405                 errno = EBADMSG;
 406                 break;
 407         case CAN:
 408                 errno = ECANCELED;
 409                 break;
 410         default:
 411                 errno = EPROTO;
 412                 break;
 413         }
 414
 415         return rc;
 416 }
 417
 418 static int
 419 kwboot_xmodem(int tty, const void *_data, size_t size)
 420 {
 421         const uint8_t *data = _data;
 422         int rc, pnum, N, err;
 423
 424         pnum = 1;
 425         N = 0;
 426
 427         kwboot_printv("Sending boot image...\n");
 428
 429         do {
 430                 struct kwboot_block block;
 431                 int n;
 432
 433                 n = kwboot_xm_makeblock(&block,
 434                                         data + N, size - N,
 435                                         pnum++);
 436                 if (n < 0)
 437                         goto can;
 438
 439                 if (!n)
 440                         break;
 441
 442                 rc = kwboot_xm_sendblock(tty, &block);
 443                 if (rc)
 444                         goto out;
 445
 446                 N += n;
 447                 kwboot_progress(N * 100 / size, '.');
 448         } while (1);
 449
 450         rc = kwboot_tty_send_char(tty, EOT);
 451
 452 out:
 453         return rc;
 454
 455 can:
 456         err = errno;
 457         kwboot_tty_send_char(tty, CAN);
 458         errno = err;
 459         goto out;
 460 }
 461
 462 static int
 463 kwboot_term_pipe(int in, int out, char *quit, int *s)
 464 {
 465         ssize_t nin, nout;
 466         char _buf[128], *buf = _buf;
 467
 468         nin = read(in, buf, sizeof(buf));
 469         if (nin < 0)
 470                 return -1;
 471
 472         if (quit) {
 473                 int i;
 474
 475                 for (i = 0; i < nin; i++) {
 476                         if (*buf == quit[*s]) {
 477                                 (*s)++;
 478                                 if (!quit[*s])
 479                                         return 0;
 480                                 buf++;
 481                                 nin--;
 482                         } else
 483                                 while (*s > 0) {
 484                                         nout = write(out, quit, *s);
 485                                         if (nout <= 0)
 486                                                 return -1;
 487                                         (*s) -= nout;
 488                                 }
 489                 }
 490         }
 491
 492         while (nin > 0) {
 493                 nout = write(out, buf, nin);
 494                 if (nout <= 0)
 495                         return -1;
 496                 nin -= nout;
 497         }
 498
 499         return 0;
 500 }
 501
 502 static int
 503 kwboot_terminal(int tty)
 504 {
 505         int rc, in, s;
 506         char *quit = "\34c";
 507         struct termios otio, tio;
 508
 509         rc = -1;
 510
 511         in = STDIN_FILENO;
 512         if (isatty(in)) {
 513                 rc = tcgetattr(in, &otio);
 514                 if (!rc) {
 515                         tio = otio;
 516                         cfmakeraw(&tio);
 517                         rc = tcsetattr(in, TCSANOW, &tio);
 518                 }
 519                 if (rc) {
 520                         perror("tcsetattr");
 521                         goto out;
 522                 }
 523
 524                 kwboot_printv("[Type Ctrl-%c + %c to quit]\r\n",
 525                               quit[0]|0100, quit[1]);
 526         } else
 527                 in = -1;
 528
 529         rc = 0;
 530         s = 0;
 531
 532         do {
 533                 fd_set rfds;
 534                 int nfds = 0;
 535
 536                 FD_SET(tty, &rfds);
 537                 nfds = nfds < tty ? tty : nfds;
 538
 539                 if (in >= 0) {
 540                         FD_SET(in, &rfds);
 541                         nfds = nfds < in ? in : nfds;
 542                 }
 543
 544                 nfds = select(nfds + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
 545                 if (nfds < 0)
 546                         break;
 547
 548                 if (FD_ISSET(tty, &rfds)) {
 549                         rc = kwboot_term_pipe(tty, STDOUT_FILENO, NULL, NULL);
 550                         if (rc)
 551                                 break;
 552                 }
 553
 554                 if (FD_ISSET(in, &rfds)) {
 555                         rc = kwboot_term_pipe(in, tty, quit, &s);
 556                         if (rc)
 557                                 break;
 558                 }
 559         } while (quit[s] != 0);
 560
 561         tcsetattr(in, TCSANOW, &otio);
 562 out:
 563         return rc;
 564 }
 565
 566 static void *
 567 kwboot_mmap_image(const char *path, size_t *size, int prot)
 568 {
 569         int rc, fd, flags;
 570         struct stat st;
 571         void *img;
 572
 573         rc = -1;
 574         img = NULL;
 575
 576         fd = open(path, O_RDONLY);
 577         if (fd < 0)
 578                 goto out;
 579
 580         rc = fstat(fd, &st);
 581         if (rc)
 582                 goto out;
 583
 584         flags = (prot & PROT_WRITE) ? MAP_PRIVATE : MAP_SHARED;
 585
 586         img = mmap(NULL, st.st_size, prot, flags, fd, 0);
 587         if (img == MAP_FAILED) {
 588                 img = NULL;
 589                 goto out;
 590         }
 591
 592         rc = 0;
 593         *size = st.st_size;
 594 out:
 595         if (rc && img) {
 596                 munmap(img, st.st_size);
 597                 img = NULL;
 598         }
 599         if (fd >= 0)
 600                 close(fd);
 601
 602         return img;
 603 }
 604
 605 static uint8_t
 606 kwboot_img_csum8(void *_data, size_t size)
 607 {
 608         uint8_t *data = _data, csum;
 609
 610         for (csum = 0; size-- > 0; data++)
 611                 csum += *data;
 612
 613         return csum;
 614 }
 615
 616 static int
 617 kwboot_img_patch_hdr(void *img, size_t size)
 618 {
 619         int rc;
 620         struct main_hdr_v1 *hdr;
 621         uint8_t csum;
 622         size_t hdrsz = sizeof(*hdr);
 623         int image_ver;
 624
 625         rc = -1;
 626         hdr = img;
 627
 628         if (size < hdrsz) {
 629                 errno = EINVAL;
 630                 goto out;
 631         }
 632
 633         image_ver = image_version(img);
 634         if (image_ver < 0) {
 635                 fprintf(stderr, "Invalid image header version\n");
 636                 errno = EINVAL;
 637                 goto out;
 638         }
 639
 640         if (image_ver == 0)
 641                 hdrsz = sizeof(*hdr);
 642         else
 643                 hdrsz = KWBHEADER_V1_SIZE(hdr);
 644
 645         csum = kwboot_img_csum8(hdr, hdrsz) - hdr->checksum;
 646         if (csum != hdr->checksum) {
 647                 errno = EINVAL;
 648                 goto out;
 649         }
 650
 651         if (hdr->blockid == IBR_HDR_UART_ID) {
 652                 rc = 0;
 653                 goto out;
 654         }
 655
 656         hdr->blockid = IBR_HDR_UART_ID;
 657
 658         /*
 659          * Subtract mkimage header size from destination address
 660          * as this header is not expected by the Marvell BootROM.
 661          * This way, the execution address is identical to the
 662          * one the image is compiled for (TEXT_BASE).
 663          */
 664         hdr->destaddr = hdr->destaddr - sizeof(struct image_header);
 665
 666         if (image_ver == 0) {
 667                 struct main_hdr_v0 *hdr_v0 = img;
 668
 669                 hdr_v0->nandeccmode = IBR_HDR_ECC_DISABLED;
 670                 hdr_v0->nandpagesize = 0;
 671
 672                 hdr_v0->srcaddr = hdr_v0->ext
 673                         ? sizeof(struct kwb_header)
 674                         : sizeof(*hdr_v0);
 675         }
 676
 677         hdr->checksum = kwboot_img_csum8(hdr, hdrsz) - csum;
 678
 679         rc = 0;
 680 out:
 681         return rc;
 682 }
 683
 684 static void
 685 kwboot_usage(FILE *stream, char *progname)
 686 {
 687         fprintf(stream,
 688                 "Usage: %s [OPTIONS] [-b <image> | -D <image> ] [-B <baud> ] <TTY>\n",
 689                 progname);
 690         fprintf(stream, "\n");
 691         fprintf(stream,
 692                 "  -b <image>: boot <image> with preamble (Kirkwood, Armada 370/XP)\n");
 693         fprintf(stream, "  -p: patch <image> to type 0x69 (uart boot)\n");
 694         fprintf(stream,
 695                 "  -D <image>: boot <image> without preamble (Dove)\n");
 696         fprintf(stream, "  -d: enter debug mode\n");
 697         fprintf(stream, "  -a: use timings for Armada XP\n");
 698         fprintf(stream, "  -q <req-delay>:  use specific request-delay\n");
 699         fprintf(stream, "  -s <resp-timeo>: use specific response-timeout\n");
 700         fprintf(stream,
 701                 "  -o <block-timeo>: use specific xmodem block timeout\n");
 702         fprintf(stream, "\n");
 703         fprintf(stream, "  -t: mini terminal\n");
 704         fprintf(stream, "\n");
 705         fprintf(stream, "  -B <baud>: set baud rate\n");
 706         fprintf(stream, "\n");
 707 }
 708
 709 int
 710 main(int argc, char **argv)
 711 {
 712         const char *ttypath, *imgpath;
 713         int rv, rc, tty, term, prot, patch;
 714         void *bootmsg;
 715         void *debugmsg;
 716         void *img;
 717         size_t size;
 718         speed_t speed;
 719
 720         rv = 1;
 721         tty = -1;
 722         bootmsg = NULL;
 723         debugmsg = NULL;
 724         imgpath = NULL;
 725         img = NULL;
 726         term = 0;
 727         patch = 0;
 728         size = 0;
 729         speed = B115200;
 730
 731         kwboot_verbose = isatty(STDOUT_FILENO);
 732
 733         do {
 734                 int c = getopt(argc, argv, "hb:ptaB:dD:q:s:o:");
 735                 if (c < 0)
 736                         break;
 737
 738                 switch (c) {
 739                 case 'b':
 740                         bootmsg = kwboot_msg_boot;
 741                         imgpath = optarg;
 742                         break;
 743
 744                 case 'D':
 745                         bootmsg = NULL;
 746                         imgpath = optarg;
 747                         break;
 748
 749                 case 'd':
 750                         debugmsg = kwboot_msg_debug;
 751                         break;
 752
 753                 case 'p':
 754                         patch = 1;
 755                         break;
 756
 757                 case 't':
 758                         term = 1;
 759                         break;
 760
 761                 case 'a':
 762                         msg_req_delay = KWBOOT_MSG_REQ_DELAY_AXP;
 763                         msg_rsp_timeo = KWBOOT_MSG_RSP_TIMEO_AXP;
 764                         break;
 765
 766                 case 'q':
 767                         msg_req_delay = atoi(optarg);
 768                         break;
 769
 770                 case 's':
 771                         msg_rsp_timeo = atoi(optarg);
 772                         break;
 773
 774                 case 'o':
 775                         blk_rsp_timeo = atoi(optarg);
 776                         break;
 777
 778                 case 'B':
 779                         speed = kwboot_tty_speed(atoi(optarg));
 780                         if (speed == -1)
 781                                 goto usage;
 782                         break;
 783
 784                 case 'h':
 785                         rv = 0;
 786                 default:
 787                         goto usage;
 788                 }
 789         } while (1);
 790
 791         if (!bootmsg && !term && !debugmsg)
 792                 goto usage;
 793
 794         if (patch && !imgpath)
 795                 goto usage;
 796
 797         if (argc - optind < 1)
 798                 goto usage;
 799
 800         ttypath = argv[optind++];
 801
 802         tty = kwboot_open_tty(ttypath, speed);
 803         if (tty < 0) {
 804                 perror(ttypath);
 805                 goto out;
 806         }
 807
 808         if (imgpath) {
 809                 prot = PROT_READ | (patch ? PROT_WRITE : 0);
 810
 811                 img = kwboot_mmap_image(imgpath, &size, prot);
 812                 if (!img) {
 813                         perror(imgpath);
 814                         goto out;
 815                 }
 816         }
 817
 818         if (patch) {
 819                 rc = kwboot_img_patch_hdr(img, size);
 820                 if (rc) {
 821                         fprintf(stderr, "%s: Invalid image.\n", imgpath);
 822                         goto out;
 823                 }
 824         }
 825
 826         if (debugmsg) {
 827                 rc = kwboot_debugmsg(tty, debugmsg);
 828                 if (rc) {
 829                         perror("debugmsg");
 830                         goto out;
 831                 }
 832         } else {
 833                 rc = kwboot_bootmsg(tty, bootmsg);
 834                 if (rc) {
 835                         perror("bootmsg");
 836                         goto out;
 837                 }
 838         }
 839
 840         if (img) {
 841                 rc = kwboot_xmodem(tty, img, size);
 842                 if (rc) {
 843                         perror("xmodem");
 844                         goto out;
 845                 }
 846         }
 847
 848         if (term) {
 849                 rc = kwboot_terminal(tty);
 850                 if (rc && !(errno == EINTR)) {
 851                         perror("terminal");
 852                         goto out;
 853                 }
 854         }
 855
 856         rv = 0;
 857 out:
 858         if (tty >= 0)
 859                 close(tty);
 860
 861         if (img)
 862                 munmap(img, size);
 863
 864         return rv;
 865
 866 usage:
 867         kwboot_usage(rv ? stderr : stdout, basename(argv[0]));
 868         goto out;
 869 }