soc/qualcomm/sc7280/socinfo: Add missing <console/console.h>
[coreboot.git] / Documentation / technotes / 2015-11-rebuilding-coreboot-image-generation.md
bloba3f81bf4f10328999878fdf8193b2a5c04b708cf
1 Rebuilding coreboot image generation
2 ====================================
4 Current situation
5 -----------------
6 ChromeOS (CrOS) probably has the most complex image bundling process in the
7 coreboot ecosystem. To make CrOS features more accessible to the wider
8 coreboot community, we want to move these capabilities into upstream
9 coreboot’s build system.
11 Right now, the CrOS build system creates coreboot images, and various
12 instances of the payload (with different configuration options), plus some
13 more files (eg. EC firmware), then passes them to a CrOS-specific utility
14 (`bundle_firmware.py`) to build the final image from that.
16 `bundle_firmware` adds a flashmap (fmap) to the final image and creates
17 additional CBFS filesystems in fmap regions. It then extracts some files from
18 the original CBFS region (that was put in place carefully to later match to
19 the default fmap region) and copies some of them into the others, as well as
20 putting more data (eg. the bitmap data, keys) as raw data into other fmap
21 regions.
23 With the recent addition of more files to CBFS, both on the coreboot side
24 (dsdt, FSP, and so on) and with ChromeOS specifics (eg. more files describing
25 boot screens) we either need to expand the scope of bundle\_firmware or move
26 the capability to build complex images to upstream coreboot’s build system.
27 This document proposes to do the latter and outlines how this could be
28 achieved.
30 Problems with the current build system parts
31 --------------------------------------------
32 One common sentiment is that it should be possible to reuse some of the
33 existing mechanisms that are supposed to be supplanted by this.
34 The main concern during this design that precluded their use was that none of
35 them provides a comprehensive solution to building complex coreboot based
36 images:
37 * fmap.dts and fmd provide a flash layout, but no assignment of files of regions
38 * cbfs-files-y ends up as an internal make variable using
39   `weird|formatting|to|deal|with|make’s|limitations`
40 * make isn’t powerful enough to deal with ordering these entries in said
41   variable to guarantee success if there’s enough room for the files. While that
42   could be added, that becomes more make macro work indistinguishable from magic
43   that people fail to understand, break and with good reason complain about
44   to work around such issues, ChromeOS firmware uses a custom tool with even
45   more special cases to finally build the image it needs. If coreboot upstream
46   is to support vboot, it should also be powerful enough not to need magic tools
47   that only live within downstream projects.
49 Requirements
50 ------------
51 A complete ChromeOS coreboot image consists of (depending on the device)
52 * platform specific data in raw fmap regions (eg IFD, ME firmware),
53 * the bootblock (coming from the bootblock),
54 * three copies of coreboot, consisting of the stages (verstage, romstage,
55   ramstage) plus data,
56 * depthcharge plus data (with each of the coreboot copies),
57 * EC firmware files (with each of the coreboot copies),
58 * signatures over several parts of the image and
59 * some final checksumming over parts of the image to satisfy boot ROM
60   tests on ARM
62 A complete upstream coreboot image (with fallback/normal switch configuration,
63 using a yet to be implemented switching scheme based on fmaps) consists of
64 * platform specific data in raw fmap regions (eg IFD, ME firmware),
65 * two copies of coreboot, consisting of
66  * the bootblock and
67  * the stages (romstage, ramstage) plus data,
68 * payload plus data (with each of the coreboot copies),
70 Since a single platform is potentially built with different payload
71 configurations (eg. modding a Chromebook to not use the verified ChromeOS
72 boot scheme), some concerns need to be kept separate:
73 * Platform requirements that have nothing to do with the payload or boot schemes
74  * IFD, ME, … need to copied to the right place
75  * boot ROM requirements such as checksums must be honored
76 * Payload/boot scheme requirements
77  * Having one to three regions with certain files copied into them
79 Proposal
80 --------
81 The proposal is based on manifest files that describe certain aspects of the
82 final image.
83 The number of manifest files may change over time, but this seems to be a
84 reasonable approach for now. As long as coreboot uses fmap and cbfs, there
85 should be few need to change the language, since composition is done through
86 files.
88 The final image is generated by a utility that is handed a number of manifests
89 and the size of the flash (derived from `CONFIG_ROM_SIZE`). These manifest files
90 deal with different concerns, with the following an example that should match
91 current use cases:
93 Chipset manifest
94 ----------------
95 The chipset details if there are any non-coreboot regions, and assigns them
96 names, locations, sizes and file contents and prepares a region for what is
97 “platform visible” (eg. IFD’s BIOS region) that may be of flexible size
98 (depending on the flash chip’s size). For the purpose of this document, that
99 region is called “BIOS”.
100 It can also specify if there’s a post processing requirement on the final
101 image.
103 coreboot manifest
104 -----------------
105 coreboot provides lists of the files it generates for each category it’s
106 building (eg. bootblock, verstage, romstage, ramstage). They not only contain
107 the stages themselves, but also additional files (eg. dsdt belongs to ramstage
108 since that’s where it is used)
110 Boot method manifest
111 --------------------
112 The boot method manifest can subdivide the BIOS region, eg. using it directly
113 (for coreboot’s “simple” bootblock), splitting it in two (for coreboot’s
114 fallback/normal) or in many parts (for ChromeOS, which requires two CBFS
115 regions, one for GBB, several for VPD, …).
116 It also specifies which of the file lists specified earlier belong in which
117 region (eg. with verstage verifying romstage, verstage needs to be only in
118 ChromeOS’ RO region, while romstage belongs in RO and both RW regions).
119 It can also specify a post processing step that is executed before the
120 chipset’s.
122 Payload and additional manifests
123 --------------------------------
124 External components should also provide manifests to add files to categories.
125 This way the payload and other components (eg. EC firmware) can be developed
126 without needing to touch the central boot method manifest (that likely resides
127 in the coreboot tree, given that coreboot needs to deal with choosing fmap
128 regions already).
130 coreboot build system
131 ---------------------
132 The coreboot build system will be split more distinctly in two phases: The
133 first is about building the files (with results like romstage.elf), while the
134 second phase covers the assembly of the final image.
136 By having a global picture of the final image’s requirements, we can also
137 avoid issues where files added earlier may prevent later additions that have
138 stricter constraints - without resorting to hacks like
139 https://chromium-review.googlesource.com/289491 that reorder the file addition
140 manually.
142 Example
143 -------
144 As an example, we’ll define an Intel-based board with a postprocessing tool
145 (something that doesn’t exist, but isn’t hard to imagine):
147 It specifies an IFD region, an ME, and the BIOS region. After the image is
148 built, the entire image needs to be processed (although the tool likely works
149 only on a small part of it)
151 It’s built in a ChromeOS-like configuration (simplified at places to avoid
152 distracting from the important parts), so it has three CBFS regions, and
153 several data regions for its own purpose (similar to GBB, FWID, VPD, …). After
154 the regions are filled, one data region must be post-processed to contain
155 signatures to enable verifying other regions.
158 Chipset manifest
159 ================
160 # A region called IFD, starting at 0, ending at 4K
161 region IFD: 0 4K
162 # Add the specified file “raw” into the region.
163 # If the file is smaller than the region, put it at the bottom and fill up
164 # with 0xff
165 raw IFD: build/ifd.bin align=bottom empty=0xff
166 # Call the postprocessor on the data that ends up in IFD (in this example it
167 # might lock the IFD)
168 postprocess IFD: util/ifdprocess -l
170 # a region called ME, starting at 4K, ending at 2M
171 region ME: 4K 2M
172 raw ME: 3rdparty/blobs/soc/intel/xanadu/me.bin align=bottom empty=0x00
174 # a region called BIOS, starting at 2M, filling up the free space
175 # filling up fails (build error) if two regions are requested to fill up
176 # against each other
177 region BIOS: 2M *
179 # This would define a region that covers the last 4K of flash.
180 # The BIOS region specified above will end right before it instead of
181 # expanding to end of flash
182 # region AUX: -4K -0
184 # specify the tool that post-processes the entire image.
185 postprocess image: util/intelchksum/intelchksum.sh
187 coreboot manifest
188 =================
189 # declare that build/verstage.elf belongs into the group ‘verstage’
190 # these groups are later referred to by the “cbfs” command.
191 group verstage: build/verstage.elf stage xip name=fallback/verstage
192 group romstage: build/romstage.elf stage xip name=fallback/romstage
193 group ramstage: build/ramstage.elf stage name=fallback/ramstage
194 compression=lzma
195 group ramstage: build/dsdt.aml compression=lzma
197 boot method manifest
198 ====================
199 # Define RO as region inside BIOS, covering the upper half of the image.
200 # It’s a build error if the result crosses outside BIOS.
201 # math expressions are wrapped with ( ),
202 # and mentions of regions therein always refer to their size
203 subregion BIOS RO: ( image / 2 ) -0
205 # Define RW to cover the rest of BIOS.
206 # The order of RW and RO doesn’t matter except to keep comments clearer.
207 # Dynamic items like RW (“*”) will be sized to fill unused space after
208 # everything else is placed.
209 subregion BIOS RW: 0 *
211 # It may be necessary to separate the RO/RW definition into another manifest
212 # file
213 # that defines the RO configuration of the flash
215 # Some more subregions, with dynamically calculated sizes
216 subregion RW RW_A: 0 ( RW / 2 )
217 subregion RW RW_B: * -0
218 subregion RW_A FW_MAIN_A: RW_A * -0
219 subregion RW_A VBLOCK_A: 0 64K
220 # foo +bar specifies start + size, not (start, end)
221 # also, start is given as “the end of VBLOCK_A”
222 # (while using a region in the “end” field means “start of region”)
223 subregion RW_A FWID_A: VBLOCK_A +64
225 # To make the example not too verbose, RO only has the CBFS region
226 subregion RO BOOTSTUB: 0 *
228 # Postprocess the data that ends up in VBLOCK_A,
229 # passing the listed regions as additional arguments.
230 # Circular dependencies are build errors.
231 postprocess VBLOCK_A(FW_MAIN_A): signtool
233 # binding files to regions indirectly through groups
234 cbfs BOOTSTUB: verstage, romstage, ramstage, payload
235 cbfs FW_MAIN_A: romstage, ramstage, payload
237 # defining defaults: unless overridden, in all regions that use CBFS (“*”),
238 # we want all files to come with SHA256 hashes.
239 # Wildcard defaults have lower priority than specific defaults.
240 # Other conflicts lead to a build error.
241 cbfsdefaults *: hash=sha3
243 payload manifest
244 ================
245 group payload: payload.elf payload
246 group payload: bootscreen.jpg name=splashscreen.jpg type=splashscreen
248 EC firmware manifest
249 ====================
250 # overrides the cbfsdefault above
251 group payload: ecrw.bin name=ecrw hash=sha256
252 group payload: pdrw.bin name=pdrw hash=sha256
255 manifest parsing
256 ----------------
257 The exact BNF is work in progress.
259 Some parser rules are
260 * one line per statement
261 * '#' introduces a command until the end of line
263 Some processing rules
264 * When there’s a conflict (eg. two statements on what to do to a region,
265   overlap, anything that can’t be determined), that is a build error.
266 * the order of statements doesn’t matter, enabling simple addition of more
267   manifests where the need arises.