]> git.sur5r.net Git - u-boot/blob - doc/README.distro
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[u-boot] / doc / README.distro
1 /*
2  * (C) Copyright 2014 Red Hat Inc.
3  * Copyright (c) 2014-2015, NVIDIA CORPORATION.  All rights reserved.
4  * Copyright (C) 2015 K. Merker <merker@debian.org>
5  *
6  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+
7  */
8
9 Generic Distro Configuration Concept
10 ====================================
11
12 Linux distributions are faced with supporting a variety of boot mechanisms,
13 environments or bootloaders (PC BIOS, EFI, U-Boot, Barebox, ...). This makes
14 life complicated. Worse, bootloaders such as U-Boot have a configurable set
15 of features, and each board chooses to enable a different set of features.
16 Hence, distros typically need to have board-specific knowledge in order to
17 set up a bootable system.
18
19 This document defines a common set of U-Boot features that are required for
20 a distro to support the board in a generic fashion. Any board wishing to
21 allow distros to install and boot in an out-of-the-box fashion should enable
22 all these features. Linux distros can then create a single set of boot
23 support/install logic that targets these features. This will allow distros
24 to install on many boards without the need for board-specific logic.
25
26 In fact, some of these features can be implemented by any bootloader, thus
27 decoupling distro install/boot logic from any knowledge of the bootloader.
28
29 This model assumes that boards will load boot configuration files from a
30 regular storage mechanism (eMMC, SD card, USB Disk, SATA disk, etc.) with
31 a standard partitioning scheme (MBR, GPT). Boards that cannot support this
32 storage model are outside the scope of this document, and may still need
33 board-specific installer/boot-configuration support in a distro.
34
35 To some extent, this model assumes that a board has a separate boot flash
36 that contains U-Boot, and that the user has somehow installed U-Boot to this
37 flash before running the distro installer. Even on boards that do not conform
38 to this aspect of the model, the extent of the board-specific support in the
39 distro installer logic would be to install a board-specific U-Boot package to
40 the boot partition during installation. This distro-supplied U-Boot can still
41 implement the same features as on any other board, and hence the distro's boot
42 configuration file generation logic can still be board-agnostic.
43
44 Locating Bootable Disks
45 -----------------------
46
47 Typical desktop/server PCs search all (or a user-defined subset of) attached
48 storage devices for a bootable partition, then load the bootloader or boot
49 configuration files from there. A U-Boot board port that enables the features
50 mentioned in this document will search for boot configuration files in the
51 same way.
52
53 Thus, distros do not need to manipulate any kind of bootloader-specific
54 configuration data to indicate which storage device the system should boot
55 from.
56
57 Distros simply need to install the boot configuration files (see next
58 section) in an ext2/3/4 or FAT partition, mark the partition bootable (via
59 the MBR bootable flag, or GPT legacy_bios_bootable attribute), and U-Boot (or
60 any other bootloader) will find those boot files and execute them. This is
61 conceptually identical to creating a grub2 configuration file on a desktop
62 PC.
63
64 Note that in the absence of any partition that is explicitly marked bootable,
65 U-Boot falls back to searching the first valid partition of a disk for boot
66 configuration files. Other bootloaders are recommended to do the same, since
67 I believe that partition table bootable flags aren't so commonly used outside
68 the realm of x86 PCs.
69
70 U-Boot can also search for boot configuration files from a TFTP server.
71
72 Boot Configuration Files
73 ------------------------
74
75 The standard format for boot configuration files is that of extlinux.conf, as
76 handled by U-Boot's "syslinux" (disk) or "pxe boot" (network). This is roughly
77 as specified at:
78
79 http://www.freedesktop.org/wiki/Specifications/BootLoaderSpec/
80
81 ... with the exceptions that the BootLoaderSpec document:
82
83 * Prescribes a separate configuration per boot menu option, whereas U-Boot
84   lumps all options into a single extlinux.conf file. Hence, U-Boot searches
85   for /extlinux/extlinux.conf then /boot/extlinux/extlinux.conf on disk, or
86   pxelinux.cfg/default over the network.
87
88 * Does not document the fdtdir option, which automatically selects the DTB to
89   pass to the kernel.
90
91 One example extlinux.conf generated by the Fedora installer is:
92
93 ------------------------------------------------------------
94 # extlinux.conf generated by anaconda
95
96 ui menu.c32
97
98 menu autoboot Welcome to Fedora. Automatic boot in # second{,s}. Press a key for options.
99 menu title Fedora Boot Options.
100 menu hidden
101
102 timeout 50
103 #totaltimeout 9000
104
105 default Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
106
107 label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl) 22 (Rawhide)
108         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
109         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
110         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl
111         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl.img
112
113 label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide)
114         kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
115         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf
116         fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae
117         initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae.img
118
119 label Fedora-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc (0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc)
120         kernel /boot/vmlinuz-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc
121         initrd /boot/initramfs-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc.img
122         append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8
123         fdtdir /boot/dtb-3.16.0-0.rc6.git1.1.fc22.armv7hl+lpae
124 ------------------------------------------------------------
125
126 Another hand-crafted network boot configuration file is:
127
128 ------------------------------------------------------------
129 TIMEOUT 100
130
131 MENU TITLE TFTP boot options
132
133 LABEL jetson-tk1-emmc
134         MENU LABEL ../zImage root on Jetson TK1 eMMC
135         LINUX ../zImage
136         FDTDIR ../
137         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690b
138
139 LABEL venice2-emmc
140         MENU LABEL ../zImage root on Venice2 eMMC
141         LINUX ../zImage
142         FDTDIR ../
143         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=5f71e06f-be08-48ed-b1ef-ee4800cc860f
144
145 LABEL sdcard
146         MENU LABEL ../zImage, root on 2GB sdcard
147         LINUX ../zImage
148         FDTDIR ../
149         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=b2f82cda-2535-4779-b467-094a210fbae7
150
151 LABEL fedora-installer-fk
152         MENU LABEL Fedora installer w/ Fedora kernel
153         LINUX fedora-installer/vmlinuz
154         INITRD fedora-installer/initrd.img.orig
155         FDTDIR fedora-installer/dtb
156         APPEND loglevel=8 ip=dhcp inst.repo=http://10.0.0.2/mirrors/fedora/linux/development/rawhide/armhfp/os/ rd.shell cma=64M
157 ------------------------------------------------------------
158
159 U-Boot Implementation
160 =====================
161
162 Enabling the distro options
163 ---------------------------
164
165 In your board's defconfig, enable the DISTRO_DEFAULTS option by adding
166 a line with "CONFIG_DISTRO_DEFAULTS=y". If you want to enable this
167 from Kconfig itself, for e.g. all boards using a specific SoC then
168 add a "imply DISTRO_DEFAULTS" to your SoC CONFIG option.
169
170 In your board configuration file, include the following:
171
172 ------------------------------------------------------------
173 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
174 #include <config_distro_bootcmd.h>
175 #endif
176 ------------------------------------------------------------
177
178 The first of those headers primarily enables a core set of U-Boot features,
179 such as support for MBR and GPT partitions, ext* and FAT filesystems, booting
180 raw zImage and initrd (rather than FIT- or uImage-wrapped files), etc. Network
181 boot support is also enabled here, which is useful in order to boot distro
182 installers given that distros do not commonly distribute bootable install
183 media for non-PC targets at present.
184
185 Finally, a few options that are mostly relevant only when using U-Boot-
186 specific boot.scr scripts are enabled. This enables distros to generate a
187 U-Boot-specific boot.scr script rather than extlinux.conf as the boot
188 configuration file. While doing so is fully supported, and
189 CONFIG_DISTRO_DEFAULTS exposes enough parameterization to boot.scr to
190 allow for board-agnostic boot.scr content, this document recommends that
191 distros generate extlinux.conf rather than boot.scr. extlinux.conf is intended
192 to work across multiple bootloaders, whereas boot.scr will only work with
193 U-Boot. TODO: document the contract between U-Boot and boot.scr re: which
194 environment variables a generic boot.scr may rely upon.
195
196 The second of those headers sets up the default environment so that $bootcmd
197 is defined in a way that searches attached disks for boot configuration files,
198 and executes them if found.
199
200 Required Environment Variables
201 ------------------------------
202
203 The U-Boot "syslinux" and "pxe boot" commands require a number of environment
204 variables be set. Default values for these variables are often hard-coded into
205 CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS in the board's U-Boot configuration file, so that
206 the user doesn't have to configure them.
207
208 fdt_addr:
209
210   Mandatory for any system that provides the DTB in HW (e.g. ROM) and wishes
211   to pass that DTB to Linux, rather than loading a DTB from the boot
212   filesystem. Prohibited for any other system.
213
214   If specified a DTB to boot the system must be available at the given
215   address.
216
217 fdt_addr_r:
218
219   Mandatory. The location in RAM where the DTB will be loaded or copied to when
220   processing the fdtdir/devicetreedir or fdt/devicetree options in
221   extlinux.conf.
222
223   This is mandatory even when fdt_addr is provided, since extlinux.conf must
224   always be able to provide a DTB which overrides any copy provided by the HW.
225
226   A size of 1MB for the FDT/DTB seems reasonable.
227
228 ramdisk_addr_r:
229
230   Mandatory. The location in RAM where the initial ramdisk will be loaded to
231   when processing the initrd option in extlinux.conf.
232
233   It is recommended that this location be highest in RAM out of fdt_addr_,
234   kernel_addr_r, and ramdisk_addr_r, so that the RAM disk can vary in size
235   and use any available RAM.
236
237 kernel_addr_r:
238
239   Mandatory. The location in RAM where the kernel will be loaded to when
240   processing the kernel option in the extlinux.conf.
241
242   The kernel should be located within the first 128M of RAM in order for the
243   kernel CONFIG_AUTO_ZRELADDR option to work, which is likely enabled on any
244   distro kernel. Since the kernel will decompress itself to 0x8000 after the
245   start of RAM, kernel_addr_r should not overlap that area, or the kernel will
246   have to copy itself somewhere else first before decompression.
247
248   A size of 16MB for the kernel is likely adequate.
249
250 pxefile_addr_r:
251
252   Mandatory. The location in RAM where extlinux.conf will be loaded to prior
253   to processing.
254
255   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
256
257 scriptaddr:
258
259   Mandatory, if the boot script is boot.scr rather than extlinux.conf. The
260   location in RAM where boot.scr will be loaded to prior to execution.
261
262   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate.
263
264 For suggestions on memory locations for ARM systems, you must follow the
265 guidelines specified in Documentation/arm/Booting in the Linux kernel tree.
266
267 For a commented example of setting these values, please see the definition of
268 MEM_LAYOUT_ENV_SETTINGS in include/configs/tegra124-common.h.
269
270 Boot Target Configuration
271 -------------------------
272
273 <config_distro_bootcmd.h> defines $bootcmd and many helper command variables
274 that automatically search attached disks for boot configuration files and
275 execute them. Boards must provide configure <config_distro_bootcmd.h> so that
276 it supports the correct set of possible boot device types. To provide this
277 configuration, simply define macro BOOT_TARGET_DEVICES prior to including
278 <config_distro_bootcmd.h>. For example:
279
280 ------------------------------------------------------------
281 #ifndef CONFIG_SPL_BUILD
282 #define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \
283         func(MMC, mmc, 1) \
284         func(MMC, mmc, 0) \
285         func(USB, usb, 0) \
286         func(PXE, pxe, na) \
287         func(DHCP, dhcp, na)
288 #include <config_distro_bootcmd.h>
289 #endif
290 ------------------------------------------------------------
291
292 Each entry in the macro defines a single boot device (e.g. a specific eMMC
293 device or SD card) or type of boot device (e.g. USB disk). The parameters to
294 the func macro (passed in by the internal implementation of the header) are:
295
296 - Upper-case disk type (MMC, SATA, SCSI, IDE, USB, DHCP, PXE).
297 - Lower-case disk type (same options as above).
298 - ID of the specific disk (MMC only) or ignored for other types.
299
300 User Configuration
301 ==================
302
303 Once the user has installed U-Boot, it is expected that the environment will
304 be reset to the default values in order to enable $bootcmd and friends, as set
305 up by <config_distro_bootcmd.h>. After this, various environment variables may
306 be altered to influence the boot process:
307
308 boot_targets:
309
310   The list of boot locations searched.
311
312   Example: mmc0, mmc1, usb, pxe
313
314   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the boot order.
315
316 boot_prefixes:
317
318   For disk-based booting, the list of directories within a partition that are
319   searched for boot configuration files (extlinux.conf, boot.scr).
320
321   Example: / /boot/
322
323   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
324   directories which are searched.
325
326 boot_scripts:
327
328   The name of U-Boot style boot.scr files that $bootcmd searches for.
329
330   Example: boot.scr.uimg boot.scr
331
332   (Typically we expect extlinux.conf to be used, but execution of boot.scr is
333   maintained for backwards-compatibility.)
334
335   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of
336   filenames which are supported.
337
338 scan_dev_for_extlinux:
339
340   If you want to disable extlinux.conf on all disks, set the value to something
341   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_extlinux true.
342
343 scan_dev_for_scripts:
344
345   If you want to disable boot.scr on all disks, set the value to something
346   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_scripts true.
347
348 boot_net_usb_start:
349
350   If you want to prevent USB enumeration by distro boot commands which execute
351   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv
352   boot_net_usb_start true. This would be useful if you know your Ethernet
353   device is not attached to USB, and you wish to increase boot speed by
354   avoiding unnecessary actions.
355
356 boot_net_pci_enum:
357
358   If you want to prevent PCI enumeration by distro boot commands which execute
359   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv
360   boot_net_pci_enum true. This would be useful if you know your Ethernet
361   device is not attached to PCI, and you wish to increase boot speed by
362   avoiding unnecessary actions.
363
364 Interactively booting from a specific device at the u-boot prompt
365 =================================================================
366
367 For interactively booting from a user-selected device at the u-boot command
368 prompt, the environment provides predefined bootcmd_<target> variables for
369 every target defined in boot_targets, which can be run be the user.
370
371 If the target is a storage device, the format of the target is always
372 <device type><device number>, e.g. mmc0.  Specifying the device number is
373 mandatory for storage devices, even if only support for a single instance
374 of the storage device is actually implemented.
375
376 For network targets (dhcp, pxe), only the device type gets specified;
377 they do not have a device number.
378
379 Examples:
380
381  - run bootcmd_usb0
382    boots from the first USB mass storage device
383
384  - run bootcmd_mmc1
385    boots from the second MMC device
386
387  - run bootcmd_pxe
388    boots by tftp using a pxelinux.cfg
389
390 The list of possible targets consists of:
391
392 - network targets
393   * dhcp
394   * pxe
395
396 - storage targets (to which a device number must be appended)
397   * mmc
398   * sata
399   * scsi
400   * ide
401   * usb
402
403 Other *boot* variables than the ones defined above are only for internal use
404 of the boot environment and are not guaranteed to exist or work in the same
405 way in future u-boot versions.  In particular the <device type>_boot
406 variables (e.g. mmc_boot, usb_boot) are a strictly internal implementation
407 detail and must not be used as a public interface.