]> Git Repo - u-boot.git/blob - doc/arch/sandbox.rst
Merge https://gitlab.denx.de/u-boot/custodians/u-boot-x86
[u-boot.git] / doc / arch / sandbox.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+ */
2 .. Copyright (c) 2014 The Chromium OS Authors.
3 .. sectionauthor:: Simon Glass <[email protected]>
4
5 Sandbox
6 =======
7
8 Native Execution of U-Boot
9 --------------------------
10
11 The 'sandbox' architecture is designed to allow U-Boot to run under Linux on
12 almost any hardware. To achieve this it builds U-Boot (so far as possible)
13 as a normal C application with a main() and normal C libraries.
14
15 All of U-Boot's architecture-specific code therefore cannot be built as part
16 of the sandbox U-Boot. The purpose of running U-Boot under Linux is to test
17 all the generic code, not specific to any one architecture. The idea is to
18 create unit tests which we can run to test this upper level code.
19
20 CONFIG_SANDBOX is defined when building a native board.
21
22 The board name is 'sandbox' but the vendor name is unset, so there is a
23 single board in board/sandbox.
24
25 CONFIG_SANDBOX_BIG_ENDIAN should be defined when running on big-endian
26 machines.
27
28 There are two versions of the sandbox: One using 32-bit-wide integers, and one
29 using 64-bit-wide integers. The 32-bit version can be build and run on either
30 32 or 64-bit hosts by either selecting or deselecting CONFIG_SANDBOX_32BIT; by
31 default, the sandbox it built for a 32-bit host. The sandbox using 64-bit-wide
32 integers can only be built on 64-bit hosts.
33
34 Note that standalone/API support is not available at present.
35
36
37 Basic Operation
38 ---------------
39
40 To run sandbox U-Boot use something like::
41
42    make sandbox_defconfig all
43    ./u-boot
44
45 Note: If you get errors about 'sdl-config: Command not found' you may need to
46 install libsdl1.2-dev or similar to get SDL support. Alternatively you can
47 build sandbox without SDL (i.e. no display/keyboard support) by removing
48 the CONFIG_SANDBOX_SDL line in include/configs/sandbox.h or using::
49
50    make sandbox_defconfig all NO_SDL=1
51    ./u-boot
52
53 U-Boot will start on your computer, showing a sandbox emulation of the serial
54 console::
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 use the default device tree, use -D. To use the test device tree, use -T.
107
108 To execute commands directly, use the -c option. You can specify a single
109 command, or multiple commands separated by a semicolon, as is normal in
110 U-Boot. Be careful with quoting as the shell will normally process and
111 swallow quotes. When -c is used, U-Boot exits after the command is complete,
112 but you can force it to go to interactive mode instead with -i.
113
114
115 Memory Emulation
116 ----------------
117
118 Memory emulation is supported, with the size set by CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE.
119 The -m option can be used to read memory from a file on start-up and write
120 it when shutting down. This allows preserving of memory contents across
121 test runs. You can tell U-Boot to remove the memory file after it is read
122 (on start-up) with the --rm_memory option.
123
124 To access U-Boot's emulated memory within the code, use map_sysmem(). This
125 function is used throughout U-Boot to ensure that emulated memory is used
126 rather than the U-Boot application memory. This provides memory starting
127 at 0 and extending to the size of the emulation.
128
129
130 Storing State
131 -------------
132
133 With sandbox you can write drivers which emulate the operation of drivers on
134 real devices. Some of these drivers may want to record state which is
135 preserved across U-Boot runs. This is particularly useful for testing. For
136 example, the contents of a SPI flash chip should not disappear just because
137 U-Boot exits.
138
139 State is stored in a device tree file in a simple format which is driver-
140 specific. You then use the -s option to specify the state file. Use -r to
141 make U-Boot read the state on start-up (otherwise it starts empty) and -w
142 to write it on exit (otherwise the stored state is left unchanged and any
143 changes U-Boot made will be lost). You can also use -n to tell U-Boot to
144 ignore any problems with missing state. This is useful when first running
145 since the state file will be empty.
146
147 The device tree file has one node for each driver - the driver can store
148 whatever properties it likes in there. See 'Writing Sandbox Drivers' below
149 for more details on how to get drivers to read and write their state.
150
151
152 Running and Booting
153 -------------------
154
155 Since there is no machine architecture, sandbox U-Boot cannot actually boot
156 a kernel, but it does support the bootm command. Filesystems, memory
157 commands, hashing, FIT images, verified boot and many other features are
158 supported.
159
160 When 'bootm' runs a kernel, sandbox will exit, as U-Boot does on a real
161 machine. Of course in this case, no kernel is run.
162
163 It is also possible to tell U-Boot that it has jumped from a temporary
164 previous U-Boot binary, with the -j option. That binary is automatically
165 removed by the U-Boot that gets the -j option. This allows you to write
166 tests which emulate the action of chain-loading U-Boot, typically used in
167 a situation where a second 'updatable' U-Boot is stored on your board. It
168 is very risky to overwrite or upgrade the only U-Boot on a board, since a
169 power or other failure will brick the board and require return to the
170 manufacturer in the case of a consumer device.
171
172
173 Supported Drivers
174 -----------------
175
176 U-Boot sandbox supports these emulations:
177
178 - Block devices
179 - Chrome OS EC
180 - GPIO
181 - Host filesystem (access files on the host from within U-Boot)
182 - I2C
183 - Keyboard (Chrome OS)
184 - LCD
185 - Network
186 - Serial (for console only)
187 - Sound (incomplete - see sandbox_sdl_sound_init() for details)
188 - SPI
189 - SPI flash
190 - TPM (Trusted Platform Module)
191
192 A wide range of commands are implemented. Filesystems which use a block
193 device are supported.
194
195 Also sandbox supports driver model (CONFIG_DM) and associated commands.
196
197
198 Sandbox Variants
199 ----------------
200
201 There are unfortunately quite a few variants at present:
202
203 sandbox:
204   should be used for most tests
205 sandbox64:
206   special build that forces a 64-bit host
207 sandbox_flattree:
208   builds with dev_read\_...() functions defined as inline.
209   We need this build so that we can test those inline functions, and we
210   cannot build with both the inline functions and the non-inline functions
211   since they are named the same.
212 sandbox_noblk:
213   builds without CONFIG_BLK, which means the legacy block
214   drivers are used. We cannot use both the legacy and driver-model block
215   drivers since they implement the same functions
216 sandbox_spl:
217   builds sandbox with SPL support, so you can run spl/u-boot-spl
218   and it will start up and then load ./u-boot. It is also possible to
219   run ./u-boot directly.
220
221 Of these sandbox_noblk can be removed once CONFIG_BLK is used everwhere, and
222 sandbox_spl can probably be removed since it is a superset of sandbox.
223
224 Most of the config options should be identical between these variants.
225
226
227 Linux RAW Networking Bridge
228 ---------------------------
229
230 The sandbox_eth_raw driver bridges traffic between the bottom of the network
231 stack and the RAW sockets API in Linux. This allows much of the U-Boot network
232 functionality to be tested in sandbox against real network traffic.
233
234 For Ethernet network adapters, the bridge utilizes the RAW AF_PACKET API.  This
235 is needed to get access to the lowest level of the network stack in Linux. This
236 means that all of the Ethernet frame is included. This allows the U-Boot network
237 stack to be fully used. In other words, nothing about the Linux network stack is
238 involved in forming the packets that end up on the wire. To receive the
239 responses to packets sent from U-Boot the network interface has to be set to
240 promiscuous mode so that the network card won't filter out packets not destined
241 for its configured (on Linux) MAC address.
242
243 The RAW sockets Ethernet API requires elevated privileges in Linux. You can
244 either run as root, or you can add the capability needed like so::
245
246    sudo /sbin/setcap "CAP_NET_RAW+ep" /path/to/u-boot
247
248 The default device tree for sandbox includes an entry for eth0 on the sandbox
249 host machine whose alias is "eth1". The following are a few examples of network
250 operations being tested on the eth0 interface.
251
252 .. code-block:: none
253
254    sudo /path/to/u-boot -D
255
256    DHCP
257    ....
258
259    setenv autoload no
260    setenv ethrotate no
261    setenv ethact eth1
262    dhcp
263
264    PING
265    ....
266
267    setenv autoload no
268    setenv ethrotate no
269    setenv ethact eth1
270    dhcp
271    ping $gatewayip
272
273    TFTP
274    ....
275
276    setenv autoload no
277    setenv ethrotate no
278    setenv ethact eth1
279    dhcp
280    setenv serverip WWW.XXX.YYY.ZZZ
281    tftpboot u-boot.bin
282
283 The bridge also supports (to a lesser extent) the localhost interface, 'lo'.
284
285 The 'lo' interface cannot use the RAW AF_PACKET API because the lo interface
286 doesn't support Ethernet-level traffic. It is a higher-level interface that is
287 expected only to be used at the AF_INET level of the API. As such, the most raw
288 we can get on that interface is the RAW AF_INET API on UDP. This allows us to
289 set the IP_HDRINCL option to include everything except the Ethernet header in
290 the packets we send and receive.
291
292 Because only UDP is supported, ICMP traffic will not work, so expect that ping
293 commands will time out.
294
295 The default device tree for sandbox includes an entry for lo on the sandbox
296 host machine whose alias is "eth5". The following is an example of a network
297 operation being tested on the lo interface.
298
299 .. code-block:: none
300
301    TFTP
302    ....
303
304    setenv ethrotate no
305    setenv ethact eth5
306    tftpboot u-boot.bin
307
308
309 SPI Emulation
310 -------------
311
312 Sandbox supports SPI and SPI flash emulation.
313
314 This is controlled by the spi_sf argument, the format of which is::
315
316    bus:cs:device:file
317
318    bus    - SPI bus number
319    cs     - SPI chip select number
320    device - SPI device emulation name
321    file   - File on disk containing the data
322
323 For example::
324
325    dd if=/dev/zero of=spi.bin bs=1M count=4
326    ./u-boot --spi_sf 0:0:M25P16:spi.bin
327
328 With this setup you can issue SPI flash commands as normal::
329
330    =>sf probe
331    SF: Detected M25P16 with page size 64 KiB, total 2 MiB
332    =>sf read 0 0 10000
333    SF: 65536 bytes @ 0x0 Read: OK
334
335 Since this is a full SPI emulation (rather than just flash), you can
336 also use low-level SPI commands::
337
338    =>sspi 0:0 32 9f
339    FF202015
340
341 This is issuing a READ_ID command and getting back 20 (ST Micro) part
342 0x2015 (the M25P16).
343
344 Drivers are connected to a particular bus/cs using sandbox's state
345 structure (see the 'spi' member). A set of operations must be provided
346 for each driver.
347
348
349 Configuration settings for the curious are:
350
351 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_BUS:
352   The maximum number of SPI buses supported by the driver (default 1).
353
354 CONFIG_SANDBOX_SPI_MAX_CS:
355   The maximum number of chip selects supported by the driver (default 10).
356
357 CONFIG_SPI_IDLE_VAL:
358   The idle value on the SPI bus
359
360
361 Block Device Emulation
362 ----------------------
363
364 U-Boot can use raw disk images for block device emulation. To e.g. list
365 the contents of the root directory on the second partion of the image
366 "disk.raw", you can use the following commands::
367
368    =>host bind 0 ./disk.raw
369    =>ls host 0:2
370
371 A disk image can be created using the following commands::
372
373    $> truncate -s 1200M ./disk.raw
374    $> echo -e "label: gpt\n,64M,U\n,,L" | /usr/sbin/sgdisk  ./disk.raw
375    $> lodev=`sudo losetup -P -f --show ./disk.raw`
376    $> sudo mkfs.vfat -n EFI -v ${lodev}p1
377    $> sudo mkfs.ext4 -L ROOT -v ${lodev}p2
378
379 or utilize the device described in test/py/make_test_disk.py::
380
381    #!/usr/bin/python
382    import make_test_disk
383    make_test_disk.makeDisk()
384
385 Writing Sandbox Drivers
386 -----------------------
387
388 Generally you should put your driver in a file containing the word 'sandbox'
389 and put it in the same directory as other drivers of its type. You can then
390 implement the same hooks as the other drivers.
391
392 To access U-Boot's emulated memory, use map_sysmem() as mentioned above.
393
394 If your driver needs to store configuration or state (such as SPI flash
395 contents or emulated chip registers), you can use the device tree as
396 described above. Define handlers for this with the SANDBOX_STATE_IO macro.
397 See arch/sandbox/include/asm/state.h for documentation. In short you provide
398 a node name, compatible string and functions to read and write the state.
399 Since writing the state can expand the device tree, you may need to use
400 state_setprop() which does this automatically and avoids running out of
401 space. See existing code for examples.
402
403
404 Debugging the init sequence
405 ---------------------------
406
407 If you get a failure in the initcall sequence, like this::
408
409    initcall sequence 0000560775957c80 failed at call 0000000000048134 (err=-96)
410
411 Then you use can use grep to see which init call failed, e.g.::
412
413    $ grep 0000000000048134 u-boot.map
414    stdio_add_devices
415
416 Of course another option is to run it with a debugger such as gdb::
417
418    $ gdb u-boot
419    ...
420    (gdb) br initcall.h:41
421    Breakpoint 1 at 0x4db9d: initcall.h:41. (2 locations)
422
423 Note that two locations are reported, since this function is used in both
424 board_init_f() and board_init_r().
425
426 .. code-block:: none
427
428    (gdb) r
429    Starting program: /tmp/b/sandbox/u-boot
430    [Thread debugging using libthread_db enabled]
431    Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
432
433    U-Boot 2018.09-00264-ge0c2ba9814-dirty (Sep 22 2018 - 12:21:46 -0600)
434
435    DRAM:  128 MiB
436    MMC:
437
438    Breakpoint 1, initcall_run_list (init_sequence=0x5555559619e0 <init_sequence_f>)
439        at /scratch/sglass/cosarm/src/third_party/u-boot/files/include/initcall.h:41
440    41                              printf("initcall sequence %p failed at call %p (err=%d)\n",
441    (gdb) print *init_fnc_ptr
442    $1 = (const init_fnc_t) 0x55555559c114 <stdio_add_devices>
443    (gdb)
444
445
446 This approach can be used on normal boards as well as sandbox.
447
448
449 SDL_CONFIG
450 ----------
451
452 If sdl-config is on a different path from the default, set the SDL_CONFIG
453 environment variable to the correct pathname before building U-Boot.
454
455
456 Using valgrind / memcheck
457 -------------------------
458
459 It is possible to run U-Boot under valgrind to check memory allocations::
460
461    valgrind u-boot
462
463 If you are running sandbox SPL or TPL, then valgrind will not by default
464 notice when U-Boot jumps from TPL to SPL, or from SPL to U-Boot proper. To
465 fix this, use::
466
467    valgrind --trace-children=yes u-boot
468
469
470 Testing
471 -------
472
473 U-Boot sandbox can be used to run various tests, mostly in the test/
474 directory. These include:
475
476 command_ut:
477   Unit tests for command parsing and handling
478 compression:
479   Unit tests for U-Boot's compression algorithms, useful for
480   security checking. It supports gzip, bzip2, lzma and lzo.
481 driver model:
482   Run this pytest::
483
484    ./test/py/test.py --bd sandbox --build -k ut_dm -v
485
486 image:
487   Unit tests for images:
488   test/image/test-imagetools.sh - multi-file images
489   test/image/test-fit.py        - FIT images
490 tracing:
491   test/trace/test-trace.sh tests the tracing system (see README.trace)
492 verified boot:
493   See test/vboot/vboot_test.sh for this
494
495 If you change or enhance any of the above subsystems, you shold write or
496 expand a test and include it with your patch series submission. Test
497 coverage in U-Boot is limited, as we need to work to improve it.
498
499 Note that many of these tests are implemented as commands which you can
500 run natively on your board if desired (and enabled).
501
502 To run all tests use "make check".
503
504 To run a single test in an existing sandbox build, you can use -T to use the
505 test device tree, and -c to select the test:
506
507   /tmp/b/sandbox/u-boot -T -c "ut dm pci_busdev"
508
509 This runs dm_test_pci_busdev() which is in test/dm/pci.c
510
511
512 Memory Map
513 ----------
514
515 Sandbox has its own emulated memory starting at 0. Here are some of the things
516 that are mapped into that memory:
517
518 =======   ========================   ===============================
519 Addr      Config                     Usage
520 =======   ========================   ===============================
521       0   CONFIG_SYS_FDT_LOAD_ADDR   Device tree
522    e000   CONFIG_BLOBLIST_ADDR       Blob list
523   10000   CONFIG_MALLOC_F_ADDR       Early memory allocation
524   f0000   CONFIG_PRE_CON_BUF_ADDR    Pre-console buffer
525  100000   CONFIG_TRACE_EARLY_ADDR    Early trace buffer (if enabled)
526 =======   ========================   ===============================
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