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