]> git.sur5r.net Git - u-boot/blob - board/sandbox/README.sandbox
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[u-boot] / board / sandbox / README.sandbox
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
2 /*
3  * Copyright (c) 2014 The Chromium OS Authors.
4  */
5
6 Native Execution of U-Boot
7 ==========================
8
9 The 'sandbox' architecture is designed to allow U-Boot to run under Linux on
10 almost any hardware. To achieve this it builds U-Boot (so far as possible)
11 as a normal C application with a main() and normal C libraries.
12
13 All of U-Boot's architecture-specific code therefore cannot be built as part
14 of the sandbox U-Boot. The purpose of running U-Boot under Linux is to test
15 all the generic code, not specific to any one architecture. The idea is to
16 create unit tests which we can run to test this upper level code.
17
18 CONFIG_SANDBOX is defined when building a native board.
19
20 The board name is 'sandbox' but the vendor name is unset, so there is a
21 single board in board/sandbox.
22
23 CONFIG_SANDBOX_BIG_ENDIAN should be defined when running on big-endian
24 machines.
25
26 There are two versions of the sandbox: One using 32-bit-wide integers, and one
27 using 64-bit-wide integers. The 32-bit version can be build and run on either
28 32 or 64-bit hosts by either selecting or deselecting CONFIG_SANDBOX_32BIT; by
29 default, the sandbox it built for a 32-bit host. The sandbox using 64-bit-wide
30 integers can only be built on 64-bit hosts.
31
32 Note that standalone/API support is not available at present.
33
34
35 Basic Operation
36 ---------------
37
38 To run sandbox U-Boot use something like:
39
40    make sandbox_defconfig all
41    ./u-boot
42
43 Note:
44    If you get errors about 'sdl-config: Command not found' you may need to
45    install libsdl1.2-dev or similar to get SDL support. Alternatively you can
46    build sandbox without SDL (i.e. no display/keyboard support) by removing
47    the CONFIG_SANDBOX_SDL line in include/configs/sandbox.h or using:
48
49       make sandbox_defconfig all NO_SDL=1
50       ./u-boot
51
52 U-Boot will start on your computer, showing a sandbox emulation of the serial
53 console:
54
55
56 U-Boot 2014.04 (Mar 20 2014 - 19:06:00)
57
58 DRAM:  128 MiB
59 Using default environment
60
61 In:    serial
62 Out:   lcd
63 Err:   lcd
64 =>
65
66 You can issue commands as your would normally. If the command you want is
67 not supported you can add it to include/configs/sandbox.h.
68
69 To exit, type 'reset' or press Ctrl-C.
70
71
72 Console / LCD support
73 ---------------------
74
75 Assuming that CONFIG_SANDBOX_SDL is defined when building, you can run the
76 sandbox with LCD and keyboard emulation, using something like:
77
78    ./u-boot -d u-boot.dtb -l
79
80 This will start U-Boot with a window showing the contents of the LCD. If
81 that window has the focus then you will be able to type commands as you
82 would on the console. You can adjust the display settings in the device
83 tree file - see arch/sandbox/dts/sandbox.dts.
84
85
86 Command-line Options
87 --------------------
88
89 Various options are available, mostly for test purposes. Use -h to see
90 available options. Some of these are described below.
91
92 The terminal is normally in what is called 'raw-with-sigs' mode. This means
93 that you can use arrow keys for command editing and history, but if you
94 press Ctrl-C, U-Boot will exit instead of handling this as a keypress.
95
96 Other options are 'raw' (so Ctrl-C is handled within U-Boot) and 'cooked'
97 (where the terminal is in cooked mode and cursor keys will not work, Ctrl-C
98 will exit).
99
100 As mentioned above, -l causes the LCD emulation window to be shown.
101
102 A device tree binary file can be provided with -d. If you edit the source
103 (it is stored at arch/sandbox/dts/sandbox.dts) you must rebuild U-Boot to
104 recreate the binary file.
105
106 To execute commands directly, use the -c option. You can specify a single
107 command, or multiple commands separated by a semicolon, as is normal in
108 U-Boot. Be careful with quoting as the shell will normally process and
109 swallow quotes. When -c is used, U-Boot exits after the command is complete,
110 but you can force it to go to interactive mode instead with -i.
111
112
113 Memory Emulation
114 ----------------
115
116 Memory emulation is supported, with the size set by CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE.
117 The -m option can be used to read memory from a file on start-up and write
118 it when shutting down. This allows preserving of memory contents across
119 test runs. You can tell U-Boot to remove the memory file after it is read
120 (on start-up) with the --rm_memory option.
121
122 To access U-Boot's emulated memory within the code, use map_sysmem(). This
123 function is used throughout U-Boot to ensure that emulated memory is used
124 rather than the U-Boot application memory. This provides memory starting
125 at 0 and extending to the size of the emulation.
126
127
128 Storing State
129 -------------
130
131 With sandbox you can write drivers which emulate the operation of drivers on
132 real devices. Some of these drivers may want to record state which is
133 preserved across U-Boot runs. This is particularly useful for testing. For
134 example, the contents of a SPI flash chip should not disappear just because
135 U-Boot exits.
136
137 State is stored in a device tree file in a simple format which is driver-
138 specific. You then use the -s option to specify the state file. Use -r to
139 make U-Boot read the state on start-up (otherwise it starts empty) and -w
140 to write it on exit (otherwise the stored state is left unchanged and any
141 changes U-Boot made will be lost). You can also use -n to tell U-Boot to
142 ignore any problems with missing state. This is useful when first running
143 since the state file will be empty.
144
145 The device tree file has one node for each driver - the driver can store
146 whatever properties it likes in there. See 'Writing Sandbox Drivers' below
147 for more details on how to get drivers to read and write their state.
148
149
150 Running and Booting
151 -------------------
152
153 Since there is no machine architecture, sandbox U-Boot cannot actually boot
154 a kernel, but it does support the bootm command. Filesystems, memory
155 commands, hashing, FIT images, verified boot and many other features are
156 supported.
157
158 When 'bootm' runs a kernel, sandbox will exit, as U-Boot does on a real
159 machine. Of course in this case, no kernel is run.
160
161 It is also possible to tell U-Boot that it has jumped from a temporary
162 previous U-Boot binary, with the -j option. That binary is automatically
163 removed by the U-Boot that gets the -j option. This allows you to write
164 tests which emulate the action of chain-loading U-Boot, typically used in
165 a situation where a second 'updatable' U-Boot is stored on your board. It
166 is very risky to overwrite or upgrade the only U-Boot on a board, since a
167 power or other failure will brick the board and require return to the
168 manufacturer in the case of a consumer device.
169
170
171 Supported Drivers
172 -----------------
173
174 U-Boot sandbox supports these emulations:
175
176 - Block devices
177 - Chrome OS EC
178 - GPIO
179 - Host filesystem (access files on the host from within U-Boot)
180 - I2C
181 - Keyboard (Chrome OS)
182 - LCD
183 - Network
184 - Serial (for console only)
185 - Sound (incomplete - see sandbox_sdl_sound_init() for details)
186 - SPI
187 - SPI flash
188 - TPM (Trusted Platform Module)
189
190 A wide range of commands are implemented. Filesystems which use a block
191 device are supported.
192
193 Also sandbox supports driver model (CONFIG_DM) and associated commands.
194
195
196 Linux RAW Networking Bridge
197 ---------------------------
198
199 The sandbox_eth_raw driver bridges traffic between the bottom of the network
200 stack and the RAW sockets API in Linux. This allows much of the U-Boot network
201 functionality to be tested in sandbox against real network traffic.
202
203 For Ethernet network adapters, the bridge utilizes the RAW AF_PACKET API.  This
204 is needed to get access to the lowest level of the network stack in Linux. This
205 means that all of the Ethernet frame is included. This allows the U-Boot network
206 stack to be fully used. In other words, nothing about the Linux network stack is
207 involved in forming the packets that end up on the wire. To receive the
208 responses to packets sent from U-Boot the network interface has to be set to
209 promiscuous mode so that the network card won't filter out packets not destined
210 for its configured (on Linux) MAC address.
211
212 The RAW sockets Ethernet API requires elevated privileges in Linux. You can
213 either run as root, or you can add the capability needed like so:
214
215 sudo /sbin/setcap "CAP_NET_RAW+ep" /path/to/u-boot
216
217 The default device tree for sandbox includes an entry for eth0 on the sandbox
218 host machine whose alias is "eth1". The following are a few examples of network
219 operations being tested on the eth0 interface.
220
221 sudo /path/to/u-boot -D
222
223 DHCP
224 ....
225
226 set autoload no
227 set ethact eth1
228 dhcp
229
230 PING
231 ....
232
233 set autoload no
234 set ethact eth1
235 dhcp
236 ping $gatewayip
237
238 TFTP
239 ....
240
241 set autoload no
242 set ethact eth1
243 dhcp
244 set serverip WWW.XXX.YYY.ZZZ
245 tftpboot u-boot.bin
246
247 The bridge also supports (to a lesser extent) the localhost interface, 'lo'.
248
249 The 'lo' interface cannot use the RAW AF_PACKET API because the lo interface
250 doesn't support Ethernet-level traffic. It is a higher-level interface that is
251 expected only to be used at the AF_INET level of the API. As such, the most raw
252 we can get on that interface is the RAW AF_INET API on UDP. This allows us to
253 set the IP_HDRINCL option to include everything except the Ethernet header in
254 the packets we send and receive.
255
256 Because only UDP is supported, ICMP traffic will not work, so expect that ping
257 commands will time out.
258
259 The default device tree for sandbox includes an entry for lo on the sandbox
260 host machine whose alias is "eth5". The following is an example of a network
261 operation being tested on the lo interface.
262
263 TFTP
264 ....
265
266 set ethact eth5
267 tftpboot u-boot.bin
268
269
270 SPI Emulation
271 -------------
272
273 Sandbox supports SPI and SPI flash emulation.
274
275 This is controlled by the spi_sf argument, the format of which is:
276
277    bus:cs:device:file
278
279    bus    - SPI bus number
280    cs     - SPI chip select number
281    device - SPI device emulation name
282    file   - File on disk containing the data
283
284 For example:
285
286  dd if=/dev/zero of=spi.bin bs=1M count=4
287  ./u-boot --spi_sf 0:0:M25P16:spi.bin
288
289 With this setup you can issue SPI flash commands as normal:
290
291 =>sf probe
292 SF: Detected M25P16 with page size 64 KiB, total 2 MiB
293 =>sf read 0 0 10000
294 SF: 65536 bytes @ 0x0 Read: OK
295 =>
296
297 Since this is a full SPI emulation (rather than just flash), you can
298 also use low-level SPI commands:
299
300 =>sspi 0:0 32 9f
301 FF202015
302
303 This is issuing a READ_ID command and getting back 20 (ST Micro) part
304 0x2015 (the M25P16).
305
306 Drivers are connected to a particular bus/cs using sandbox's state
307 structure (see the 'spi' member). A set of operations must be provided
308 for each driver.
309
310
311 Configuration settings for the curious are:
312
313 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_BUS
314         The maximum number of SPI buses supported by the driver (default 1).
315
316 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_CS
317         The maximum number of chip selects supported by the driver
318         (default 10).
319
320 CONFIG_SPI_IDLE_VAL
321         The idle value on the SPI bus
322
323
324 Block Device Emulation
325 ----------------------
326
327 U-Boot can use raw disk images for block device emulation. To e.g. list
328 the contents of the root directory on the second partion of the image
329 "disk.raw", you can use the following commands:
330
331 =>host bind 0 ./disk.raw
332 =>ls host 0:2
333
334 A disk image can be created using the following commands:
335
336 $> truncate -s 1200M ./disk.raw
337 $> echo -e "label: gpt\n,64M,U\n,,L" | /usr/sbin/sgdisk  ./disk.raw
338 $> lodev=`sudo losetup -P -f --show ./disk.raw`
339 $> sudo mkfs.vfat -n EFI -v ${lodev}p1
340 $> sudo mkfs.ext4 -L ROOT -v ${lodev}p2
341
342 or utilize the device described in test/py/make_test_disk.py:
343
344    #!/usr/bin/python
345    import make_test_disk
346    make_test_disk.makeDisk()
347
348 Writing Sandbox Drivers
349 -----------------------
350
351 Generally you should put your driver in a file containing the word 'sandbox'
352 and put it in the same directory as other drivers of its type. You can then
353 implement the same hooks as the other drivers.
354
355 To access U-Boot's emulated memory, use map_sysmem() as mentioned above.
356
357 If your driver needs to store configuration or state (such as SPI flash
358 contents or emulated chip registers), you can use the device tree as
359 described above. Define handlers for this with the SANDBOX_STATE_IO macro.
360 See arch/sandbox/include/asm/state.h for documentation. In short you provide
361 a node name, compatible string and functions to read and write the state.
362 Since writing the state can expand the device tree, you may need to use
363 state_setprop() which does this automatically and avoids running out of
364 space. See existing code for examples.
365
366
367 Testing
368 -------
369
370 U-Boot sandbox can be used to run various tests, mostly in the test/
371 directory. These include:
372
373   command_ut
374      - Unit tests for command parsing and handling
375   compression
376      - Unit tests for U-Boot's compression algorithms, useful for
377        security checking. It supports gzip, bzip2, lzma and lzo.
378   driver model
379      - Run this pytest
380           ./test/py/test.py --bd sandbox --build -k ut_dm -v
381   image
382      - Unit tests for images:
383           test/image/test-imagetools.sh - multi-file images
384           test/image/test-fit.py        - FIT images
385   tracing
386      - test/trace/test-trace.sh tests the tracing system (see README.trace)
387   verified boot
388       - See test/vboot/vboot_test.sh for this
389
390 If you change or enhance any of the above subsystems, you shold write or
391 expand a test and include it with your patch series submission. Test
392 coverage in U-Boot is limited, as we need to work to improve it.
393
394 Note that many of these tests are implemented as commands which you can
395 run natively on your board if desired (and enabled).
396
397 It would be useful to have a central script to run all of these.
398
399 --
400 Simon Glass <sjg@chromium.org>
401 Updated 22-Mar-14