]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-uboot.git/blob - doc/README.x86
x86: Update README.x86 for QEMU support
[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) 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].
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 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
117
118 $ make crownbay_defconfig
119 $ make all
120
121 Intel Minnowboard Max instructions:
122
123 This uses as FSP as with Crown Bay, except it is for the Atom E3800 series.
124 Download this and get the .fd file (BAYTRAIL_FSP_GOLD_003_16-SEP-2014.fd at
125 the time of writing). Put it in the board directory:
126 board/intel/minnowmax/fsp.bin
127
128 Obtain the VGA RAM (Vga.dat at the time of writing) and put it into the same
129 directory: board/intel/minnowmax/vga.bin
130
131 You still need two more binary blobs. The first comes from the original
132 firmware image available from:
133
134 http://firmware.intel.com/sites/default/files/2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
135
136 Unzip it:
137
138    $ unzip 2014-WW42.4-MinnowBoardMax.73-64-bit.bin_Release.zip
139
140 Use ifdtool in the U-Boot tools directory to extract the images from that
141 file, for example:
142
143    $ ./tools/ifdtool -x MNW2MAX1.X64.0073.R02.1409160934.bin
144
145 This will provide the descriptor file - copy this into the correct place:
146
147    $ cp flashregion_0_flashdescriptor.bin board/intel/minnowmax/descriptor.bin
148
149 Then do the same with the sample SPI image provided in the FSP (SPI.bin at
150 the time of writing) to obtain the last image. Note that this will also
151 produce a flash descriptor file, but it does not seem to work, probably
152 because it is not designed for the Minnowmax. That is why you need to get
153 the flash descriptor from the original firmware as above.
154
155    $ ./tools/ifdtool -x BayleyBay/SPI.bin
156    $ cp flashregion_2_intel_me.bin board/intel/minnowmax/me.bin
157
158 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
159
160 $ make minnowmax_defconfig
161 $ make all
162
163 Intel Galileo instructions:
164
165 Only one binary blob is needed for Remote Management Unit (RMU) within Intel
166 Quark SoC. Not like FSP, U-Boot does not call into the binary. The binary is
167 needed by the Quark SoC itself.
168
169 You can get the binary blob from Quark Board Support Package from Intel website:
170
171 * ./QuarkSocPkg/QuarkNorthCluster/Binary/QuarkMicrocode/RMU.bin
172
173 Rename the file and put it to the board directory by:
174
175    $ cp RMU.bin board/intel/galileo/rmu.bin
176
177 Now you can build U-Boot and obtain u-boot.rom
178
179 $ make galileo_defconfig
180 $ make all
181
182 QEMU x86 target instructions:
183
184 To build u-boot.rom for QEMU x86 targets, just simply run
185
186 $ make qemu-x86_defconfig
187 $ make all
188
189 Test with coreboot
190 ------------------
191 For testing U-Boot as the coreboot payload, there are things that need be paid
192 attention to. coreboot supports loading an ELF executable and a 32-bit plain
193 binary, as well as other supported payloads. With the default configuration,
194 U-Boot is set up to use a separate Device Tree Blob (dtb). As of today, the
195 generated u-boot-dtb.bin needs to be packaged by the cbfstool utility (a tool
196 provided by coreboot) manually as coreboot's 'make menuconfig' does not provide
197 this capability yet. The command is as follows:
198
199 # in the coreboot root directory
200 $ ./build/util/cbfstool/cbfstool build/coreboot.rom add-flat-binary \
201   -f u-boot-dtb.bin -n fallback/payload -c lzma -l 0x1110000 -e 0x1110015
202
203 Make sure 0x1110000 matches CONFIG_SYS_TEXT_BASE and 0x1110015 matches the
204 symbol address of _start (in arch/x86/cpu/start.S).
205
206 If you want to use ELF as the coreboot payload, change U-Boot configuration to
207 use CONFIG_OF_EMBED instead of CONFIG_OF_SEPARATE.
208
209 To enable video you must enable these options in coreboot:
210
211    - Set framebuffer graphics resolution (1280x1024 32k-color (1:5:5))
212    - Keep VESA framebuffer
213
214 At present it seems that for Minnowboard Max, coreboot does not pass through
215 the video information correctly (it always says the resolution is 0x0). This
216 works correctly for link though.
217
218 Test with QEMU
219 --------------
220 QEMU is a fancy emulator that can enable us to test U-Boot without access to
221 a real x86 board. To launch QEMU with u-boot.rom, call QEMU as follows:
222
223 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom
224
225 This will instantiate an emulated x86 board with i440FX and PIIX chipset. QEMU
226 also supports emulating an x86 board with Q35 and ICH9 based chipset, which is
227 also supported by U-Boot. To instantiate such a machine, call QEMU with:
228
229 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -M q35
230
231 Note by default QEMU instantiated boards only have 128 MiB system memory. But
232 it is enough to have U-Boot boot and function correctly. You can increase the
233 system memory by pass '-m' parameter to QEMU if you want more memory:
234
235 $ qemu-system-i386 -nographic -bios path/to/u-boot.rom -m 1024
236
237 This creates a board with 1 GiB system memory. Currently U-Boot for QEMU only
238 supports 3 GiB maximum system memory and reserves the last 1 GiB address space
239 for PCI device memory-mapped I/O and other stuff, so the maximum value of '-m'
240 would be 3072.
241
242 CPU Microcode
243 -------------
244 Modern CPUs usually require a special bit stream called microcode [6] to be
245 loaded on the processor after power up in order to function properly. U-Boot
246 has already integrated these as hex dumps in the source tree.
247
248 Driver Model
249 ------------
250 x86 has been converted to use driver model for serial and GPIO.
251
252 Device Tree
253 -----------
254 x86 uses device tree to configure the board thus requires CONFIG_OF_CONTROL to
255 be turned on. Not every device on the board is configured via device tree, but
256 more and more devices will be added as time goes by. Check out the directory
257 arch/x86/dts/ for these device tree source files.
258
259 Useful Commands
260 ---------------
261 In keeping with the U-Boot philosophy of providing functions to check and
262 adjust internal settings, there are several x86-specific commands that may be
263 useful:
264
265 hob  - Display information about Firmware Support Package (FSP) Hand-off
266          Block. This is only available on platforms which use FSP, mostly
267          Atom.
268 iod  - Display I/O memory
269 iow  - Write I/O memory
270 mtrr - List and set the Memory Type Range Registers (MTRR). These are used to
271          tell the CPU whether memory is cacheable and if so the cache write
272          mode to use. U-Boot sets up some reasonable values but you can
273          adjust then with this command.
274
275 Development Flow
276 ----------------
277 These notes are for those who want to port U-Boot to a new x86 platform.
278
279 Since x86 CPUs boot from SPI flash, a SPI flash emulator is a good investment.
280 The Dediprog em100 can be used on Linux. The em100 tool is available here:
281
282    http://review.coreboot.org/p/em100.git
283
284 On Minnowboard Max the following command line can be used:
285
286    sudo em100 -s -p LOW -d u-boot.rom -c W25Q64DW -r
287
288 A suitable clip for connecting over the SPI flash chip is here:
289
290    http://www.dediprog.com/pd/programmer-accessories/EM-TC-8
291
292 This allows you to override the SPI flash contents for development purposes.
293 Typically you can write to the em100 in around 1200ms, considerably faster
294 than programming the real flash device each time. The only important
295 limitation of the em100 is that it only supports SPI bus speeds up to 20MHz.
296 This means that images must be set to boot with that speed. This is an
297 Intel-specific feature - e.g. tools/ifttool has an option to set the SPI
298 speed in the SPI descriptor region.
299
300 If your chip/board uses an Intel Firmware Support Package (FSP) it is fairly
301 easy to fit it in. You can follow the Minnowboard Max implementation, for
302 example. Hopefully you will just need to create new files similar to those
303 in arch/x86/cpu/baytrail which provide Bay Trail support.
304
305 If you are not using an FSP you have more freedom and more responsibility.
306 The ivybridge support works this way, although it still uses a ROM for
307 graphics and still has binary blobs containing Intel code. You should aim to
308 support all important peripherals on your platform including video and storage.
309 Use the device tree for configuration where possible.
310
311 For the microcode you can create a suitable device tree file using the
312 microcode tool:
313
314   ./tools/microcode-tool -d microcode.dat create <model>
315
316 or if you only have header files and not the full Intel microcode.dat database:
317
318   ./tools/microcode-tool -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130673322.h \
319         -H BAY_TRAIL_FSP_KIT/Microcode/M0130679901.h \
320         create all
321
322 These are written to arch/x86/dts/microcode/ by default.
323
324 Note that it is possible to just add the micrcode for your CPU if you know its
325 model. U-Boot prints this information when it starts
326
327    CPU: x86_64, vendor Intel, device 30673h
328
329 so here we can use the M0130673322 file.
330
331 If you platform can display POST codes on two little 7-segment displays on
332 the board, then you can use post_code() calls from C or assembler to monitor
333 boot progress. This can be good for debugging.
334
335 If not, you can try to get serial working as early as possible. The early
336 debug serial port may be useful here. See setup_early_uart() for an example.
337
338 TODO List
339 ---------
340 - Audio
341 - Chrome OS verified boot
342 - SMI and ACPI support, to provide platform info and facilities to Linux
343
344 References
345 ----------
346 [1] http://www.coreboot.org
347 [2] http://www.qemu.org
348 [3] http://www.coreboot.org/~stepan/pci8086,0166.rom
349 [4] http://www.intel.com/content/www/us/en/embedded/design-tools/evaluation-platforms/atom-e660-eg20t-development-kit.html
350 [5] http://www.intel.com/fsp
351 [6] http://en.wikipedia.org/wiki/Microcode