]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-uboot.git/blob - doc/README.x86
x86: Add ROM image description for minnowmax
[karo-tx-uboot.git] / doc / README.x86
1 #
2 # Copyright (C) 2014, Simon Glass <sjg@chromium.org>
3 # Copyright (C) 2014, Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
4 #
5 # SPDX-License-Identifier:      GPL-2.0+
6 #
7
8 U-Boot on x86
9 =============
10
11 This document describes the information about U-Boot running on x86 targets,
12 including supported boards, build instructions, todo list, etc.
13
14 Status
15 ------
16 U-Boot supports running as a coreboot [1] payload on x86. So far only Link
17 (Chromebook Pixel) and QEMU [2] x86 targets have been tested, but it should
18 work with minimal adjustments on other x86 boards since coreboot deals with
19 most of the low-level details.
20
21 U-Boot also supports booting directly from x86 reset vector without coreboot,
22 aka raw support or bare support. Currently Link, QEMU x86 targets and all
23 Intel boards support running U-Boot 'bare metal'.
24
25 As for loading an OS, U-Boot supports directly booting a 32-bit or 64-bit
26 Linux kernel as part of a FIT image. It also supports a compressed zImage.
27
28 Build Instructions
29 ------------------
30 Building U-Boot as a coreboot payload is just like building U-Boot for targets
31 on other architectures, like below:
32
33 $ make coreboot-x86_defconfig
34 $ make all
35
36 Note this default configuration will build a U-Boot payload for the QEMU board.
37 To build a coreboot payload against another board, you can change the build
38 configuration during the 'make menuconfig' process.
39
40 x86 architecture  --->
41         ...
42         (qemu-x86) Board configuration file
43         (qemu-x86_i440fx) Board Device Tree Source (dts) file
44         (0x01920000) Board specific Cache-As-RAM (CAR) address
45         (0x4000) Board specific Cache-As-RAM (CAR) size
46
47 Change the 'Board configuration file' and 'Board Device Tree Source (dts) file'
48 to point to a new board. You can also change the Cache-As-RAM (CAR) related
49 settings here if the default values do not fit your new board.
50
51 Building a ROM version of U-Boot (hereafter referred to as u-boot.rom) is a
52 little bit tricky, as generally it requires several binary blobs which are not
53 shipped in the U-Boot source tree. Due to this reason, the u-boot.rom build is
54 not turned on by default in the U-Boot source tree. Firstly, you need turn it
55 on by enabling the ROM build:
56
57 $ export BUILD_ROM=y
58
59 This tells the Makefile to build u-boot.rom as a target.
60
61 Link-specific instructions:
62
63 First, you need the following binary blobs:
64
65 * descriptor.bin - Intel flash descriptor
66 * me.bin - Intel Management Engine
67 * mrc.bin - Memory Reference Code, which sets up SDRAM
68 * video ROM - sets up the display
69
70 You can get these binary blobs by:
71
72 $ git clone http://review.coreboot.org/p/blobs.git
73 $ cd blobs
74
75 Find the following files:
76
77 * ./mainboard/google/link/descriptor.bin
78 * ./mainboard/google/link/me.bin
79 * ./northbridge/intel/sandybridge/systemagent-r6.bin
80
81 The 3rd one should be renamed to mrc.bin.
82 As for the video ROM, you can get it here [3] and rename it to vga.bin.
83 Make sure all these binary blobs are put in the board directory.
84
85 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom:
86
87 $ make chromebook_link_defconfig
88 $ make all
89
90 Intel Crown Bay specific instructions:
91
92 U-Boot support of Intel Crown Bay board [4] relies on a binary blob called
93 Firmware Support Package [5] to perform all the necessary initialization steps
94 as documented in the BIOS Writer Guide, including initialization of the CPU,
95 memory controller, chipset and certain bus interfaces.
96
97 Download the Intel FSP for Atom E6xx series and Platform Controller Hub EG20T,
98 install it on your host and locate the FSP binary blob. Note this platform
99 also requires a Chipset Micro Code (CMC) state machine binary to be present in
100 the SPI flash where u-boot.rom resides, and this CMC binary blob can be found
101 in this FSP package too.
102
103 * ./FSP/QUEENSBAY_FSP_GOLD_001_20-DECEMBER-2013.fd
104 * ./Microcode/C0_22211.BIN
105
106 Rename the first one to fsp.bin and second one to cmc.bin and put them in the
107 board directory.
108
109 Note the FSP release version 001 has a bug which could cause random endless
110 loop during the FspInit call. This bug was published by Intel although Intel
111 did not describe any details. We need manually apply the patch to the FSP
112 binary using any hex editor (eg: bvi). Go to the offset 0x1fcd8 of the FSP
113 binary, change the following five bytes values from orginally E8 42 FF FF FF
114 to B8 00 80 0B 00.
115
116 As for the video ROM, you need manually extract it from the Intel provided
117 BIOS for Crown Bay here [6], using the AMI MMTool [7]. Check PCI option ROM
118 ID 8086:4108, extract and save it as vga.bin in the board directory.
119
120 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
121
122 $ make crownbay_defconfig
123 $ make all
124
125 Intel Minnowboard Max instructions:
126
127 This uses as FSP as with Crown Bay, except it is for the Atom E3800 series.
128 Download this and get the .fd file (BAYTRAIL_FSP_GOLD_003_16-SEP-2014.fd at
129 the time of writing). Put it in the board directory:
130 board/intel/minnowmax/fsp.bin
131
132 Obtain the VGA RAM (Vga.dat at the time of writing) and put it into the same
133 directory: board/intel/minnowmax/vga.bin
134
135 You still need two more binary blobs. The first comes from the original
136 firmware image available from:
137
138 http://firmware.intel.com/sites/default/files/2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
139
140 Unzip it:
141
142    $ unzip 2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
143
144 Use ifdtool in the U-Boot tools directory to extract the images from that
145 file, for example:
146
147    $ ./tools/ifdtool -x MNW2MAX1.X64.0073.R02.1409160934.bin
148
149 This will provide the descriptor file - copy this into the correct place:
150
151    $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/minnowmax/descriptor.bin
152
153 Then do the same with the sample SPI image provided in the FSP (SPI.bin at
154 the time of writing) to obtain the last image. Note that this will also
155 produce a flash descriptor file, but it does not seem to work, probably
156 because it is not designed for the Minnowmax. That is why you need to get
157 the flash descriptor from the original firmware as above.
158
159    $ ./tools/ifdtool -x BayleyBay/SPI.bin
160    $ cp flashregion_2_intel_me.bin board/intel/minnowmax/me.bin
161
162 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
163
164 $ make minnowmax_defconfig
165 $ make all
166
167 The ROM image is broken up into these parts:
168
169 Offset   Description         Controlling config
170 ------------------------------------------------------------
171 000000   descriptor.bin      Hard-coded to 0 in ifdtool
172 001000   me.bin              Set by the descriptor
173 500000   <spare>
174 700000   u-boot-dtb.bin      CONFIG_SYS_TEXT_BASE
175 790000   vga.bin             CONFIG_X86_OPTION_ROM_ADDR
176 7c0000   fsp.bin             CONFIG_FSP_ADDR
177 7f8000   <spare>             (depends on size of fsp.bin)
178 7fe000   Environment         CONFIG_ENV_OFFSET
179 7ff800   U-Boot 16-bit boot  CONFIG_SYS_X86_START16
180
181 Overall ROM image size is controlled by CONFIG_ROM_SIZE.
182
183
184 Intel Galileo instructions:
185
186 Only one binary blob is needed for Remote Management Unit (RMU) within Intel
187 Quark SoC. Not like FSP, U-Boot does not call into the binary. The binary is
188 needed by the Quark SoC itself.
189
190 You can get the binary blob from Quark Board Support Package from Intel website:
191
192 * ./QuarkSocPkg/QuarkNorthCluster/Binary/QuarkMicrocode/RMU.bin
193
194 Rename the file and put it to the board directory by:
195
196    $ cp RMU.bin board/intel/galileo/rmu.bin
197
198 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
199
200 $ make galileo_defconfig
201 $ make all
202
203 QEMU x86 target instructions:
204
205 To build u-boot.rom for QEMU x86 targets, just simply run
206
207 $ make qemu-x86_defconfig
208 $ make all
209
210 Note this default configuration will build a U-Boot for the QEMU x86 i440FX
211 board. To build a U-Boot against QEMU x86 Q35 board, you can change the build
212 configuration during the 'make menuconfig' process like below:
213
214 Device Tree Control  --->
215         ...
216         (qemu-x86_q35) Default Device Tree for DT control
217
218 Test with coreboot
219 ------------------
220 For testing U-Boot as the coreboot payload, there are things that need be paid
221 attention to. coreboot supports loading an ELF executable and a 32-bit plain
222 binary, as well as other supported payloads. With the default configuration,
223 U-Boot is set up to use a separate Device Tree Blob (dtb). As of today, the
224 generated u-boot-dtb.bin needs to be packaged by the cbfstool utility (a tool
225 provided by coreboot) manually as coreboot's 'make menuconfig' does not provide
226 this capability yet. The command is as follows:
227
228 # in the coreboot root directory
229 $ ./build/util/cbfstool/cbfstool build/coreboot.rom add-flat-binary \
230   -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110015
231
232 Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE and 0x1110015 matches the
233 symbol address of _start (in arch/x86/cpu/start.S).
234
235 If you want to use ELF as the coreboot payload, change U-Boot configuration to
236 use CONFIG_OF_EMBED instead of CONFIG_OF_SEPARATE.
237
238 To enable video you must enable these options in coreboot:
239
240    - Set framebuffer graphics resolution (1280x1024 32k-color (1:5:5))
241    - Keep VESA framebuffer
242
243 At present it seems that for Minnowboard Max, coreboot does not pass through
244 the video information correctly (it always says the resolution is 0x0). This
245 works correctly for link though.
246
247 Test with QEMU
248 --------------
249 QEMU is a fancy emulator that can enable us to test U-Boot without access to
250 a real x86 board. Please make sure your QEMU version is 2.3.0 or above test
251 U-Boot. To launch QEMU with u-boot.rom, call QEMU as follows:
252
253 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom
254
255 This will instantiate an emulated x86 board with i440FX and PIIX chipset. QEMU
256 also supports emulating an x86 board with Q35 and ICH9 based chipset, which is
257 also supported by U-Boot. To instantiate such a machine, call QEMU with:
258
259 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -M q35
260
261 Note by default QEMU instantiated boards only have 128 MiB system memory. But
262 it is enough to have U-Boot boot and function correctly. You can increase the
263 system memory by pass '-m' parameter to QEMU if you want more memory:
264
265 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024
266
267 This creates a board with 1 GiB system memory. Currently U-Boot for QEMU only
268 supports 3 GiB maximum system memory and reserves the last 1 GiB address space
269 for PCI device memory-mapped I/O and other stuff, so the maximum value of '-m'
270 would be 3072.
271
272 QEMU emulates a graphic card which U-Boot supports. Removing '-nographic' will
273 show QEMU's VGA console window. Note this will disable QEMU's serial output.
274 If you want to check both consoles, use '-serial stdio'.
275
276 CPU Microcode
277 -------------
278 Modern CPUs usually require a special bit stream called microcode [8] to be
279 loaded on the processor after power up in order to function properly. U-Boot
280 has already integrated these as hex dumps in the source tree.
281
282 SMP Support
283 -----------
284 On a multicore system, U-Boot is executed on the bootstrap processor (BSP).
285 Additional application processors (AP) can be brought up by U-Boot. In order to
286 have an SMP kernel to discover all of the available processors, U-Boot needs to
287 prepare configuration tables which contain the multi-CPUs information before
288 loading the OS kernel. Currently U-Boot supports generating two types of tables
289 for SMP, called Simple Firmware Interface (SFI) [9] and Multi-Processor (MP)
290 [10] tables. The writing of these two tables are controlled by two Kconfig
291 options GENERATE_SFI_TABLE and GENERATE_MP_TABLE.
292
293 Driver Model
294 ------------
295 x86 has been converted to use driver model for serial and GPIO.
296
297 Device Tree
298 -----------
299 x86 uses device tree to configure the board thus requires CONFIG_OF_CONTROL to
300 be turned on. Not every device on the board is configured via device tree, but
301 more and more devices will be added as time goes by. Check out the directory
302 arch/x86/dts/ for these device tree source files.
303
304 Useful Commands
305 ---------------
306 In keeping with the U-Boot philosophy of providing functions to check and
307 adjust internal settings, there are several x86-specific commands that may be
308 useful:
309
310 hob  - Display information about Firmware Support Package (FSP) Hand-off
311          Block. This is only available on platforms which use FSP, mostly
312          Atom.
313 iod  - Display I/O memory
314 iow  - Write I/O memory
315 mtrr - List and set the Memory Type Range Registers (MTRR). These are used to
316          tell the CPU whether memory is cacheable and if so the cache write
317          mode to use. U-Boot sets up some reasonable values but you can
318          adjust then with this command.
319
320 Development Flow
321 ----------------
322 These notes are for those who want to port U-Boot to a new x86 platform.
323
324 Since x86 CPUs boot from SPI flash, a SPI flash emulator is a good investment.
325 The Dediprog em100 can be used on Linux. The em100 tool is available here:
326
327    http://review.coreboot.org/p/em100.git
328
329 On Minnowboard Max the following command line can be used:
330
331    sudo em100 -s -p LOW -d u-boot.rom -c W25Q64DW -r
332
333 A suitable clip for connecting over the SPI flash chip is here:
334
335    http://www.dediprog.com/pd/programmer-accessories/EM-TC-8
336
337 This allows you to override the SPI flash contents for development purposes.
338 Typically you can write to the em100 in around 1200ms, considerably faster
339 than programming the real flash device each time. The only important
340 limitation of the em100 is that it only supports SPI bus speeds up to 20MHz.
341 This means that images must be set to boot with that speed. This is an
342 Intel-specific feature - e.g. tools/ifttool has an option to set the SPI
343 speed in the SPI descriptor region.
344
345 If your chip/board uses an Intel Firmware Support Package (FSP) it is fairly
346 easy to fit it in. You can follow the Minnowboard Max implementation, for
347 example. Hopefully you will just need to create new files similar to those
348 in arch/x86/cpu/baytrail which provide Bay Trail support.
349
350 If you are not using an FSP you have more freedom and more responsibility.
351 The ivybridge support works this way, although it still uses a ROM for
352 graphics and still has binary blobs containing Intel code. You should aim to
353 support all important peripherals on your platform including video and storage.
354 Use the device tree for configuration where possible.
355
356 For the microcode you can create a suitable device tree file using the
357 microcode tool:
358
359   ./tools/microcode-tool -d microcode.dat create <model>
360
361 or if you only have header files and not the full Intel microcode.dat database:
362
363   ./tools/microcode-tool -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130673322.h \
364         -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130679901.h \
365         create all
366
367 These are written to arch/x86/dts/microcode/ by default.
368
369 Note that it is possible to just add the micrcode for your CPU if you know its
370 model. U-Boot prints this information when it starts
371
372    CPU: x86_64, vendor Intel, device 30673h
373
374 so here we can use the M0130673322 file.
375
376 If you platform can display POST codes on two little 7-segment displays on
377 the board, then you can use post_code() calls from C or assembler to monitor
378 boot progress. This can be good for debugging.
379
380 If not, you can try to get serial working as early as possible. The early
381 debug serial port may be useful here. See setup_early_uart() for an example.
382
383 TODO List
384 ---------
385 - Audio
386 - Chrome OS verified boot
387 - SMI and ACPI support, to provide platform info and facilities to Linux
388
389 References
390 ----------
391 [1] http://www.coreboot.org
392 [2] http://www.qemu.org
393 [3] http://www.coreboot.org/~stepan/pci8086,0166.rom
394 [4] http://www.intel.com/content/www/us/en/embedded/design-tools/evaluation-platforms/atom-e660-eg20t-development-kit.html
395 [5] http://www.intel.com/fsp
396 [6] http://www.intel.com/content/www/us/en/secure/intelligent-systems/privileged/e6xx-35-b1-cmc22211.html
397 [7] http://www.ami.com/products/bios-uefi-tools-and-utilities/bios-uefi-utilities/
398 [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Microcode
399 [9] http://simplefirmware.org
400 [10] http://www.intel.com/design/archives/processors/pro/docs/242016.htm