]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-uboot.git/blob - doc/README.distro
add README.distro file
[karo-tx-uboot.git] / doc / README.distro
1 /*
2  * (C) Copyright 2014 Red Hat Inc.
3  * Copyright (c) 2014-2015, NVIDIA CORPORATION.  All rights reserved.
4  *
5  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
6  */
7
8 Generic Distro Configuration Concept
9 ====================================
10
11 Linux distributions are faced with supporting a variety of boot mechanisms,
12 environments or bootloaders (PC BIOS, EFI, U-Boot, Barebox, ...). This makes
13 life complicated. Worse, bootloaders such as U-Boot have a configurable set
14 of features, and each board chooses to enable a different set of features.
15 Hence, distros typically need to have board-specific knowledge in order to
16 set up a bootable system.
17
18 This document defines a common set of U-Boot features that are required for
19 a distro to support the board in a generic fashion. Any board wishing to
20 allow distros to install and boot in an out-of-the-box fashion should enable
21 all these features. Linux distros can then create a single set of boot
22 support/install logic that targets these features. This will allow distros
23 to install on many boards without the need for board-specific logic.
24
25 In fact, some of these features can be implemented by any bootloader, thus
26 decoupling distro install/boot logic from any knowledge of the bootloader.
27
28 This model assumes that boards will load boot configuration files from a
29 regular storage mechanism (eMMC, SD card, USB Disk, SATA disk, etc.) with
30 a standard partitioning scheme (MBR, GPT). Boards that cannnot support this
31 storage model are outside the scope of this document, and may still need
32 board-specific installer/boot-configuration support in a distro.
33
34 To some extent, this model assumes that a board has a separate boot flash
35 that contains U-Boot, and that the user has somehow installed U-Boot to this
36 flash before running the distro installer. Even on boards that do not conform
37 to this aspect of the model, the extent of the board-specific support in the
38 distro installer logic would be to install a board-specific U-Boot package to
39 the boot partition partition during installation. This distro-supplied U-Boot
40 can still implement the same features as on any other board, and hence the
41 distro's boot configuration file generation logic can still be board-agnostic.
42
43 Locating Bootable Disks
44 -----------------------
45
46 Typical desktop/server PCs search all (or a user-defined subset of) attached
47 storage devices for a bootable partition, then load the bootloader or boot
48 configuration files from there. A U-Boot board port that enables the features
49 mentioned in this document will search for boot configuration files in the
50 same way.
51
52 Thus, distros do not need to manipulate any kind of bootloader-specific
53 configuration data to indicate which storage device the system should boot
54 from.
55
56 Distros simply need to install the boot configuration files (see next
57 section) in an ext2/3/4 or FAT partition, mark the partition bootable (via
58 the MBR bootable flag, or GPT legacy_bios_bootable attribute), and U-Boot (or
59 any other bootloader) will find those boot files and execute them. This is
60 conceptually identical to creating a grub2 configuration file on a desktop
61 PC.
62
63 Note that in the absense of any partition that is explicitly marked bootable,
64 U-Boot falls back to searching the first valid partition of a disk for boot
65 configuration files. Other bootloaders are recommended to do the same, since
66 I believe that partition table bootable flags aren't so commonly used outside
67 the realm of x86 PCs.
68
69 U-Boot can also search for boot configuration files from a TFTP server.
70
71 Boot Configuration Files
72 ------------------------
73
74 The standard format for boot configuration files is that of extlinux.conf, as
75 handled by U-Boot's "syslinux" (disk) or "pxe boot" (network). This is roughly
76 as specified at:
77
78 http://www.freedesktop.org/wiki/Specifications/BootLoaderSpec/
79
80 ... with the exceptions that the BootLoaderSpec document:
81
82 * Prescribes a separate configuration per boot menu option, whereas U-Boot
83   lumps all options into a single extlinux.conf file. Hence, U-Boot searches
84   for /extlinux/extlinux.conf then /boot/extlinux/extlinux.conf on disk, or
85   pxelinux.cfg/default over the network.
86
87 * Does not document the fdtdir option, which automatically selects the DTB to
88   pass to the kernel.
89
90 One example extlinux.conf generated by the Fedora installer is:
91
92 ------------------------------------------------------------
93 # extlinux.conf generated by anaconda
94
95 ui menu.c32
96
97 menu autoboot Welcome to Fedora. Automatic boot in # second{,s}. Press a key for options.
98 menu title Fedora Boot Options.
99 menu hidden
100
101 timeout 50
102 #totaltimeout 9000
103
104 default Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
105
106 label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl) 22 (Rawhide)
107         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
108         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
109         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
110         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl.img
111
112 label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
113         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
114         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
115         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
116         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae.img
117
118 label Fedora-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc (0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc)
119         kernel /boot/vmlinuz-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc
120         initrd /boot/initramfs-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc.img
121         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8
122         fdtdir /boot/dtb-3.16.0-0.rc6.git1.1.fc22.armv7hl+lpae
123 ------------------------------------------------------------
124
125 Another hand-crafted network boot configuration file is:
126
127 ------------------------------------------------------------
128 TIMEOUT 100
129
130 MENU TITLE TFTP boot options
131
132 LABEL jetson-tk1-emmc
133         MENU LABEL ../zImage root on Jetson TK1 eMMC
134         LINUX ../zImage
135         FDTDIR ../
136         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690b
137
138 LABEL venice2-emmc
139         MENU LABEL ../zImage root on Venice2 eMMC
140         LINUX ../zImage
141         FDTDIR ../
142         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=5f71e06f-be08-48ed-b1ef-ee4800cc860f
143
144 LABEL sdcard
145         MENU LABEL ../zImage, root on 2GB sdcard
146         LINUX ../zImage
147         FDTDIR ../
148         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=b2f82cda-2535-4779-b467-094a210fbae7
149
150 LABEL fedora-installer-fk
151         MENU LABEL Fedora installer w/ Fedora kernel
152         LINUX fedora-installer/vmlinuz
153         INITRD fedora-installer/initrd.img.orig
154         FDTDIR fedora-installer/dtb
155         APPEND loglevel=8 ip=dhcp inst.repo=http://10.0.0.2/mirrors/fedora/linux/development/rawhide/armhfp/os/ rd.shell cma=64M
156 ------------------------------------------------------------
157
158 U-Boot Implementation
159 =====================
160
161 Enabling the distro options
162 ---------------------------
163
164 In your board configuration file, include the following:
165
166 ------------------------------------------------------------
167 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
168 #include <config_distro_defaults.h>
169 #include <config_distro_bootcmd.h>
170 #endif
171 ------------------------------------------------------------
172
173 The first of those headers primarily enables a core set of U-Boot features,
174 such as support for MBR and GPT partitions, ext* and FAT filesystems, booting
175 raw zImage and initrd (rather than FIT- or uImage-wrapped files), etc. Network
176 boot support is also enabled here, which is useful in order to boot distro
177 installers given that distros do not commonly distribute bootable install
178 media for non-PC targets at present.
179
180 Finally, a few options that are mostly relevant only when using U-Boot-
181 specific boot.scr scripts are enabled. This enables distros to generate a
182 U-Boot-specific boot.scr script rather than extlinux.conf as the boot
183 configuration file. While doing so is fully supported, and
184 <config_distro_defaults.h> exposes enough parameterization to boot.scr to
185 allow for board-agnostic boot.scr content, this document recommends that
186 distros generate extlinux.conf rather than boot.scr. extlinux.conf is intended
187 to work across multiple bootloaders, whereas boot.scr will only work with
188 U-Boot. TODO: document the contract between U-Boot and boot.scr re: which
189 environment variables a generic boot.scr may rely upon.
190
191 The second of those headers sets up the default environment so that $bootcmd
192 is defined in a way that searches attached disks for boot configuration files,
193 and executes them if found.
194
195 Required Environment Variables
196 ------------------------------
197
198 The U-Boot "syslinux" and "pxe boot" commands require a number of environment
199 variables be set. Default values for these variables are often hard-coded into
200 CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS in the board's U-Boot configuration file, so that
201 the user doesn't have to configure them.
202
203 fdt_addr:
204
205   Mandatory for any system that provides the DTB in HW (e.g. ROM) and wishes
206   to pass that DTB to Linux, rather than loading a DTB from the boot
207   filesystem. Prohibited for any other system.
208
209   If specified a DTB to boot the system must be available at the given
210   address.
211
212 fdt_addr_r:
213
214   Mandatory. The location in RAM where the DTB will be loaded or copied to when
215   processing the fdtdir/devicetreedir or fdt/devicetree options in
216   extlinux.conf.
217
218   This is mandatory even when fdt_addr is provided, since extlinux.conf must
219   always be able to provide a DTB which overrides any copy provided by the HW.
220
221   A size of 1MB for the FDT/DTB seems reasonable.
222
223 ramdisk_addr_r:
224
225   Mandatory. The location in RAM where the initial ramdisk will be loaded to
226   when processing the initrd option in extlinux.conf.
227
228   It is recommended that this location be highest in RAM out of fdt_addr_,
229   kernel_addr_r, and ramdisk_addr_r, so that the RAM disk can vary in size
230   and use any available RAM.
231
232 kernel_addr_r:
233
234   Mandatory. The location in RAM where the kernel will be loaded to when
235   processing the kernel option in the extlinux.conf.
236
237   The kernel should be located within the first 128M of RAM in order for the
238   kernel CONFIG_AUTO_ZRELADDR option to work, which is likely enabled on any
239   distro kernel. Since the kernel will decompress itself to 0x8000 after the
240   start of RAM, kernel_addr_rshould not overlap that area, or the kernel will
241   have to copy itself somewhere else first before decompression.
242
243   A size of 16MB for the kernel is likely adequate.
244
245 pxe_addr_r:
246
247   Mandatory. The location in RAM where extlinux.conf will be loaded to prior
248   to processing.
249
250   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
251
252 scriptaddr:
253
254   Mandatory, if the boot script is boot.scr rather than extlinux.conf. The
255   location in RAM where boot.scr will be loaded to prior to execution.
256
257   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
258
259 For suggestions on memory locations for ARM systems, you must follow the
260 guidelines specified in Documentation/arm/Booting in the Linux kernel tree.
261
262 For a commented example of setting these values, please see the definition of
263 MEM_LAYOUT_ENV_SETTINGS in include/configs/tegra124-common.h.
264
265 Boot Target Configuration
266 -------------------------
267
268 <config_distro_bootcmd.h> defines $bootcmd and many helper command variables
269 that automatically search attached disks for boot configuration files and
270 execute them. Boards must provide configure <config_distro_bootcmd.h> so that
271 it supports the correct set of possible boot device types. To provide this
272 configuration, simply define macro BOOT_TARGET_DEVICES prior to including
273 <config_distro_bootcmd.h>. For example:
274
275 ------------------------------------------------------------
276 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
277 #define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \
278         func(MMC, mmc, 1) \
279         func(MMC, mmc, 0) \
280         func(USB, usb, 0) \
281         func(PXE, pxe, na) \
282         func(DHCP, dhcp, na)
283 #include <config_distro_bootcmd.h>
284 #endif
285 ------------------------------------------------------------
286
287 Each entry in the macro defines a single boot device (e.g. a specific eMMC
288 device or SD card) or type of boot device (e.g. USB disk). The parameters to
289 the func macro (passed in by the internal implementation of the header) are:
290
291 - Upper-case disk type (MMC, SATA, SCSI, IDE, USB, DHCP, PXE).
292 - Lower-case disk type (same options as above).
293 - ID of the specific disk (MMC only) or ignored for other types.
294
295 User Configuration
296 ==================
297
298 Once the user has installed U-Boot, it is expected that the environment will
299 be reset to the default values in order to enable $bootcmd and friends, as set
300 up by <config_distro_bootcmd.h>. After this, various environment variables may
301 be altered to influence the boot process:
302
303 boot_targets:
304
305   The list of boot locations searched.
306
307   Example: mmc0, mmc1, usb, pxe
308
309   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the boot order.
310
311 boot_prefixes:
312
313   For disk-based booting, the list of directories within a partition that are
314   searched for boot configuration files (extlinux.conf, boot.scr).
315
316   Example: / /boot/
317
318   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
319   directories which are searched.
320
321 boot_scripts:
322
323   The name of U-Boot style boot.scr files that $bootcmd searches for.
324
325   Example: boot.scr.uimg boot.scr
326
327   (Typically we expect extlinux.conf to be used, but execution of boot.scr is
328   maintained for backwards-compatibility.)
329
330   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
331   filenames which are supported.
332
333 scan_dev_for_extlinux:
334
335   If you want to disable extlinux.conf on all disks, set the value to something
336   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_extlinux true.
337
338 scan_dev_for_scripts:
339
340   If you want to disable boot.scr on all disks, set the value to something
341   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_scripts true.