Add constants for fast path resume copying
[coreboot.git] / documentation / LinuxBIOS-AMD64.tex
1 %
2 % This document is released under the GPL
3 % Initially written by Stefan Reinauer, <stepan@coresystems.de>
4 %
5
6 \documentclass[titlepage,12pt]{article}
7 \usepackage{a4}
8 \usepackage{graphicx}
9 \usepackage{url}
10 \usepackage[pdftex]{hyperref}
11 % \usepackage{makeidx}
12 % \makeindex
13
14 \hypersetup{
15         urlbordercolor={1 1 1},
16         menubordercolor={1 1 1},
17         linkbordercolor={1 1 1},
18         colorlinks=false,
19         % pdfpagemode=None,  % PDF-Viewer starts without TOC
20         % pdfstartview=FitH,
21         pdftitle={coreboot on AMD64},
22         pdfauthor={Stefan Reinauer},
23         pdfsubject={coreboot configuration and build process},
24         pdfkeywords={coreboot, Opteron, AMD64, configuration, Build}
25 }
26
27
28 % \newcommand{\sh}[1]{\begin{verbatim}\texttt{#1}\end{verbatim}}
29 % \newcommand{\prog}[1]{\textit{#1}}
30
31 \setlength{\parindent}{0pt}
32
33 \title{coreboot on AMD64}
34 \author{Stefan Reinauer $<$stepan@coresystems.de$>$}
35 \date{April 19th, 2009}
36
37 \begin{document}
38
39 \maketitle
40
41 \thispagestyle{empty}
42
43 \tableofcontents
44
45 \newpage
46
47 %
48 % 1 Abstract
49 %
50
51 \section{Abstract}
52
53 This document targets porting coreboot to new mainboards and creating
54 custom firmware images using coreboot. It describes how to build
55 coreboot images for the AMD64 platform, including hypertransport
56 configuration and pertinent utilities. If you are missing information or
57 find errors in the following descriptions, contact
58 \href{mailto:stepan@coresystems.de}{\textit{Stefan Reinauer $<$stepan@coresystems.de$>$}}
59
60
61 %
62 % 2 Changes
63 %
64
65 \section{Changes}
66  \begin{itemize}
67  \item 2009/04/19 replace LinuxBIOS with coreboot
68  \item 2004/06/02 url and language fixes from Ken Fuchs $<$kfuchs@winternet.com$>$
69  \item 2004/02/10 acpi and option rom updates
70  \item 2003/11/18 initial release
71  \end{itemize}
72
73
74
75 %
76 % 3 What is coreboot
77 %
78
79 \section{What is coreboot?}
80
81 coreboot aims to replace the normal BIOS found on x86, AMD64, PPC,
82 Alpha, and other machines with a Linux kernel that can boot Linux from a cold
83 start. The startup code of an average coreboot port is about 500 lines of
84 assembly and 5000 lines of C. It executes 16 instructions to get into 32bit
85 protected mode and then performs DRAM and other hardware initializations
86 required before Linux can take over.
87
88 The projects primary motivation initially was maintenance of large
89 clusters. Not surprisingly interest and contributions have come from
90 people with varying backgrounds.  Nowadays a large and growing number of
91 Systems can be booted with coreboot, including embedded systems,
92 Desktop PCs and Servers.
93
94 %
95 % 4 Build Requirements
96 %
97
98 \section{Build Requirements}
99 To build coreboot for AMD64 from the sources you need a recent Linux
100 system for x86 or AMD64. SUSE Linux 8.2 or 9.0 are known to work fine.
101 The following toolchain is recommended:
102
103  \begin{itemize}
104  \item GCC 3.3.1
105  \item binutils 2.14.90.0.5
106  \item Python 2.3
107  \item CVS 1.11.6
108  \end{itemize}
109
110 \textbf{NOTE:} Later versions should also work. Prior versions might lead to problems.
111
112 \newpage
113
114 %
115 % 5 Getting the Sources
116 %
117
118 \section{Getting the Sources}
119
120 The latest coreboot sources are available via subversion. The subversion
121 repository is maintained at SourceForge.net (the project name is
122 \emph{FreeBIOS}).  First you should create a directory for your
123 coreboot trees:
124
125 { \small
126 \begin{verbatim}
127 $ mkdir coreboot
128 $ cd coreboot
129 \end{verbatim}
130 }
131
132 You can get the entire source tree via SVN:
133
134 { \small
135 \begin{verbatim}
136 $ svn co svn://coreboot.org/repos/trunk/coreboot-v2
137 \end{verbatim}
138 }
139
140 Once the source tree is checked out, it can be updated with:
141
142 { \small
143 \begin{verbatim}
144 % svn update
145 \end{verbatim}
146 }
147
148 For the case your corporate firewall blocks port 3690 (subversion) we set up a
149 snapshot site that keeps the last few hundred source code revisions. It
150 is available at \url{http://qa.coreboot.org/}.
151 Due to major structural enhancements to \hbox{coreboot}, AMD64 support
152 is only available in the \texttt{coreboot-v2} tree. This tree reflects (as
153 of November 2003) coreboot version 1.1.5 and will lead to coreboot 2.0
154 when finished.  Most x86 hardware is currently only supported by the
155 coreboot 1.0 tree.
156
157 %
158 % 6 coreboot configuration overview
159 %
160
161 \section{coreboot configuration overview}
162 To support a large variety of existing hardware coreboot allows for a
163 lot of configuration options that can be tweaked in several ways:
164
165 \begin{itemize}
166 \item
167 Firmware image specific configuration options can be set in the image
168 configuration file which is usually found in
169 \texttt{coreboot-v2/targets/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$/}.  Such
170 options are the default amount of output verbosity during bootup, image
171 size, use of fallback mechanisms, firmware image size and payloads
172 (Linux Kernel, Bootloader...) The default configuration file name is
173 \texttt{Config.lb}, but coreboot allows multiple configurations to
174 reside in that directory.
175
176 \item Mainboard specific configuration options can be set in the
177 mainboard configuration file placed in
178 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$}. The
179 mainboard configuration file is always called \texttt{Config.lb}. It
180 contains information on the onboard components of the mainboard like
181 CPU type, northbridge, southbridge, hypertransport configuration and
182 SuperIO configuration.  This configuration file also allows to include
183 addon code to hook into the coreboot initialization mechanism at
184 basically any point.
185
186 \end{itemize}
187
188 This document describes different approaches of changing and configuring the
189 coreboot source tree when building for AMD64.
190
191 %
192 % 7 Building coreboot
193 %
194
195 \section{Building coreboot}
196 One of the design goals for building coreboot was to keep object files
197 out of the source tree in a separate place. This is mandatory for
198 building parallel coreboot images for several distinct mainboards
199 and/or platforms. Therefore building coreboot consists of two steps:
200 \begin{itemize}
201 \item
202 creating a build tree which holds all files automatically created by the
203 configuration utility and the object files
204 \item
205 compiling the coreboot code and creating a flashable firmware image.
206 \end{itemize}
207
208 The first of these two steps is accomplished by the \texttt{buildtarget}
209 script found in \texttt{coreboot-v2/targets/}. To build coreboot for
210 instance for the AMD Solo Athlon64 mainboard enter:
211
212 \begin{verbatim}
213 % cd coreboot-v2/targets
214 % ./buildtarget amd/solo
215 \end{verbatim}
216
217 This will create a directory containing a Makefile and other software
218 components needed for this build. The directory name is defined in the
219 firmware image specific configuration file. In the case of AMD's Solo
220 mainboard the default directory resides in
221 \texttt{coreboot-v2/targets/amd/solo/solo}. To build the coreboot image, do
222
223 \begin{verbatim}
224 % cd amd/solo/solo
225 % make
226 \end{verbatim}
227
228 The coreboot image filename is specified in the firmware image specific
229 configuration file. The default filename for AMD's Solo mainboard is
230 \texttt{solo.rom}.
231
232 %
233 % 8 Programming coreboot to flash memory
234 %
235
236 \section{Programming coreboot to flash memory}
237 The image resulting from a coreboot build can be directly programmed to
238 a flash device, either using a hardware flash programmer or by using the
239 Linux flash driver devbios or mtd. This document assumes that you use a
240 hardware flash programmer. If you are interested in doing in-system
241 software flash programming, find detailed information:
242
243 \begin{itemize}
244 \item \url{http://www.openbios.org/development/devbios.html} (/dev/bios)
245 \item \url{http://www.linux-mtd.infradead.org/} (Memory Technology Device Subsystem MTD)
246 \end{itemize}
247
248 \newpage
249
250 %
251 % 9 coreboot configuration
252 %
253
254 \section{coreboot configuration}
255 The following chapters will cope with configuring coreboot. All
256 configuration files share some basic rules
257 \begin{itemize}
258 \item
259 The default configuration file name in coreboot is \texttt{Config.lb}.
260 \item
261 All variables used in a configuration file have to be declared in this
262 file with \texttt{uses VARNAME} before usage.
263 \item
264 Comments can be added on a new line by using the comment identifier
265 \texttt{\#} at the beginning of the line.
266 \item
267 coreboot distinguishes between statements and options. Statements cause
268 the coreboot configuration mechanism to act, whereas options set
269 variables that are used by the build scripts or source code.
270 \item
271 Default configuration values can be set in the mainboard configuration
272 files (keyword default)
273 \item
274 Option overrides to the default configuration can only be specified in
275 the build target configuration file
276 \texttt{coreboot-v2/targets/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$/Config.lb}
277 (keyword option)
278 \end{itemize}
279
280 \subsection{Common Configuration Statements}
281
282 \begin{itemize}
283
284 \item \begin{verbatim}uses\end{verbatim}
285
286 All local configuration variables have to be declared before they can be
287 used. Example:
288 \begin{verbatim}
289         uses CONFIG_ROM_IMAGE_SIZE
290 \end{verbatim}
291
292 \textbf{NOTE:} Only configuration variables known to the configuration
293 system can be used in configuration files. coreboot checks
294 \texttt{coreboot-v2/src/config/Options.lb} to see whether a configuration
295 variable is known.
296
297 \item \begin{verbatim}default\end{verbatim}
298
299 The \texttt{default} statement is used to set a configuration variable
300 with an overridable default value. It is commonly used in mainboard
301 configuration files.
302
303 Example:
304
305 \begin{verbatim}
306         default CONFIG_ROM_IMAGE_SIZE=0x10000
307 \end{verbatim}
308
309 It is also possible to assign the value of one configuration variable to
310 another one, i.e.:
311
312 \begin{verbatim}
313         default CONFIG_FALLBACK_SIZE=CONFIG_ROM_SIZE
314 \end{verbatim}
315
316 Also, simple expressions are allowed:
317
318 \begin{verbatim}
319         default CONFIG_FALLBACK_SIZE=(CONFIG_ROM_SIZE -  NORMAL_SIZE)
320 \end{verbatim}
321
322 If an option contains a string, this string has to be protected with
323 quotation marks:
324
325 \begin{verbatim}
326         default CC="gcc -m32"
327 \end{verbatim}
328
329 \item \begin{verbatim}option\end{verbatim}
330
331 The \texttt{option} statement basically behaves identically to the
332 \texttt{default} statement. But unlike default it can only be used in
333 build target configuration files
334 (\texttt{coreboot-v2/targets/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$}). The option
335 statement allows either to set new options or to override default values
336 set with the default statement in a mainboard configuration file.
337 Syntax and application are the same as with default.
338
339 \end{itemize}
340
341 \subsection{Firmware image specific configuration}
342 coreboot allows to create different firmware images for the same
343 hardware. Such images can differ in the amount of output they produce,
344 the payload, the number of subimages they consist of etc.
345
346 The firmware image specific configuration file can be found in \\
347 \texttt{coreboot-v2/targets/$<$vendor$>$/<mainboard$>$}.
348
349 \subsubsection{Firmware image specific keywords}
350 In addition to the above described keywords the following statements are
351 available in firmware image specific configuration files:
352
353 \begin{itemize}
354 \item \begin{verbatim}romimage\end{verbatim}
355
356 The \texttt{romimage} definition describes a single rom build within the
357 final coreboot image. Normally there are two romimage definitions per
358 coreboot build: \texttt{normal} and \texttt{fallback}.
359
360 Each \texttt{romimage} section needs to specify a mainboard directory and a
361 payload. The mainboard directory contains the mainboard specific
362 configuration file and source code. It is specified relatively to
363 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard}. The payload definition is an absolute
364 path to a static elf binary (i.e Linux kernel or etherboot)
365
366 \begin{verbatim}
367 romimage "normal"
368         option CONFIG_USE_FALLBACK_IMAGE=0
369         option CONFIG_ROM_IMAGE_SIZE=0x10000
370         option COREBOOT_EXTRA_VERSION=".0Normal"
371         mainboard amd/solo
372         payload /suse/stepan/tg3ide_
373         disk.zelf
374 end
375 \end{verbatim}
376
377 \item \begin{verbatim}buildrom\end{verbatim}
378
379 The \texttt{buildrom} statement is used to determine which of the
380 coreboot image builds (created using \texttt{romimage}) are packed
381 together to the final coreboot image. It also specifies the order of
382 the images and the final image size:
383
384 \begin{verbatim}
385         buildrom ./solo.rom CONFIG_ROM_SIZE "normal" "fallback"
386 \end{verbatim}
387
388 \end{itemize}
389
390
391 \subsubsection{Firmware image configuration options}
392 In addition to the definitions described above there are a number of
393 commonly used options. Configuration options set in the firmware image
394 specific configuration file can override default selections from the
395 Mainboard specific configuration.  See above examples about
396 option on how to set them.
397
398 \begin{itemize}
399
400 \item \begin{verbatim}CC\end{verbatim}
401
402 Target C Compiler. Default is \texttt{\$(CROSS\_COMPILE)gcc}. Set to
403 \texttt{gcc -m32} for compiling AMD64 coreboot images on an AMD64
404 machine.
405
406 \item \begin{verbatim}CONFIG_CHIP_CONFIGURE \end{verbatim}
407
408 Use new \textit{chip\_configure} method for configuring (nonpci)
409 devices. Set to \texttt{1} for all AMD64 mainboards.
410
411 \item \begin{verbatim}CONFIG_MAXIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL\end{verbatim}
412
413 Errors or log messages up to this level can be printed. Default is
414 \texttt{8}, minimum is \texttt{0}, maximum is \texttt{10}.
415
416 \item \begin{verbatim}CONFIG_DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL\end{verbatim}
417
418 Console will log at this level unless changed. Default is \texttt{7},
419 minimum is \texttt{0}, maximum is \texttt{10}.
420
421 \item \begin{verbatim}CONFIG_CONSOLE_SERIAL8250\end{verbatim}
422
423 Log messages to 8250 uart based serial console. Default is \texttt{0}
424 (don't log to serial console). This value should be set to \texttt{1}
425 for all AMD64 builds.
426
427 \item \begin{verbatim}CONFIG_ROM_SIZE\end{verbatim}
428
429 Size of final ROM image. This option has no default value.
430
431 \item \begin{verbatim}CONFIG_FALLBACK_SIZE\end{verbatim}
432
433 Fallback image size. Defaults to \texttt{65536} bytes. \textbf{NOTE:}
434 This does not include the fallback payload.
435
436 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_OPTION_TABLE\end{verbatim}
437
438 Export CMOS option table. Default is \texttt{0}. Set to \texttt{1} if
439 your mainboard has CMOS memory and you want to use it to store
440 coreboot parameters (Loglevel, serial line speed, ...)
441
442 \item \begin{verbatim}CONFIG_ROM_PAYLOAD\end{verbatim}
443
444 Boot image is located in ROM (as opposed to \texttt{CONFIG\_IDE\_PAYLOAD}, which
445 will boot from an IDE disk)
446
447 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_FALLBACK_BOOT\end{verbatim}
448
449 Set to \texttt{1} if fallback booting is required. Defaults to
450 \texttt{0}.
451
452 \end{itemize}
453
454
455 The following options should be used within a romimage section:
456
457 \begin{itemize}
458
459 \item \begin{verbatim}CONFIG_USE_FALLBACK_IMAGE\end{verbatim}
460
461 Set to \texttt{1} to build a fallback image. Defaults to \texttt{0}
462
463 \item \begin{verbatim}CONFIG_ROM_IMAGE_SIZE\end{verbatim}
464
465 Default image size. Defaults to \texttt{65535} bytes.
466
467 \item \begin{verbatim}COREBOOT_EXTRA_VERSION\end{verbatim}
468
469 coreboot extra version. This option has an empty string as default. Set
470 to any string to add an extra version string to your coreboot build.
471
472 \end{itemize}
473
474 \newpage
475
476 \subsection{Mainboard specific configuration}
477
478 Mainboard specific configuration files describe the onboard
479 mainboard components, i.e. bridges, number and type of CPUs. They also
480 contain rules for building the low level start code which is translated
481 using romcc and/or the GNU assembler.  This code enables caches and
482 registers, early mtrr settings, fallback mechanisms, dram init and
483 possibly more.
484
485 \textbf{NOTE:} The \texttt{option} keyword can not be used in mainboard
486 specific configuration files.  Options shall instead be set using the
487 \texttt{default} keyword so that they can be overridden by the image
488 specific configuration files if needed.
489
490 \subsubsection{Mainboard specific keywords}
491
492 The following statements are used in mainboard specific configuration
493 files:
494
495 \begin{itemize}
496 \item \begin{verbatim}arch\end{verbatim}
497
498 Sets the CPU architecture. This should be \texttt{i386} for AMD64 boards.\\
499 Example:
500
501 \begin{verbatim}
502         arch i386 end
503 \end{verbatim}
504
505 \item \begin{verbatim}cpu\end{verbatim}
506
507 The cpu statement is needed once per possibly available CPU. In a
508 one-node system, write:
509
510 \begin{verbatim}
511         cpu k8 "cpu0" end
512 \end{verbatim}
513
514 \item \begin{verbatim}driver\end{verbatim}
515
516 The \texttt{driver} keyword adds an object file to the driver section of a
517 coreboot image.  This means it can be used by the PCI device
518 initialization code. Example:
519
520 \begin{verbatim}
521         driver mainboard.o
522 \end{verbatim}
523
524 \item \begin{verbatim}object\end{verbatim}
525
526 The \texttt{object} keyword adds an object file to the coreboot image.
527 Per default the object file will be compiled from a \texttt{.c} file
528 with the same name. Symbols defined in such an object file can be used
529 in other object files and drivers. Example:
530
531 \begin{verbatim}
532         object reset.o
533 \end{verbatim}
534
535 \item \begin{verbatim}makerule\end{verbatim}
536
537 This keyword can be used to extend the existing file creation rules
538 during the build process. This is useful if external utilities have to
539 be used for the build. coreboot on AMD64 uses romcc for it's early
540 startup code placed in auto.c.
541
542 To tell the configuration mechanism how to build \texttt{romcc} files,
543 do:
544
545 \begin{verbatim}
546 makerule ./auto.E
547         depends "$(CONFIG_MAINBOARD)/auto.c option_table.h ./romcc"
548         action "./romcc -E -mcpu=k8 -O2 -I$(TOP)/src -I. $(CPPFLAGS) \
549                 $(CONFIG_MAINBOARD)/auto.c -o $@"
550 end
551 makerule ./auto.inc
552         depends "$(CONFIG_MAINBOARD)/auto.c option_table.h ./romcc"
553         action "./romcc    -mcpu=k8 -O2 -I$(TOP)/src -I. $(CPPFLAGS) \
554                 $(CONFIG_MAINBOARD)/auto.c -o $@"
555 end
556 \end{verbatim}
557
558 Each \texttt{makerule} section contains file dependencies (using the
559 texttt{depends} keyword) and an action that is taken when the dependencies
560 are satisfied (using the \texttt{action} keyword).
561
562 \item \begin{verbatim}mainboardinit\end{verbatim}
563
564 With the mainboardinit keyword it's possible to include assembler code
565 directly into the coreboot image. This is used for early infrastructure
566 initialization, i.e. to switch to protected mode. Example:
567
568 \begin{verbatim}
569         mainboardinit cpu/i386/entry16.inc
570 \end{verbatim}
571
572 \item \begin{verbatim}ldscript\end{verbatim}
573
574 The GNU linker ld is used to link object files together to a coreboot
575 ROM image.
576
577 Since it is a lot more comfortable and flexible to use the GNU linker
578 with linker scripts (ldscripts) than to create complex command line
579 calls, coreboot features including linker scripts to control image
580 creation. Example:
581
582 \begin{verbatim}
583         ldscript /cpu/i386/entry16.lds
584 \end{verbatim}
585
586
587 \item \begin{verbatim}dir\end{verbatim}
588
589 coreboot reuses as much code between the different ports as possible.
590 To achieve this, commonly used code can be stored in a separate
591 directory. For a new mainboard, it is enough to know that the code in
592 that directory can be used as is.
593
594 coreboot will also read a \texttt{Config.lb} file stored in that
595 directory. This happens with:
596
597 \begin{verbatim}
598         dir /pc80
599 \end{verbatim}
600
601
602 \item \begin{verbatim}config\end{verbatim}
603
604 This keyword is needed by the new chip configuration scheme. Should be
605 used as:
606
607 \begin{verbatim}
608         config chip.h
609 \end{verbatim}
610
611 \item \begin{verbatim}register\end{verbatim}
612 The \texttt{register} keyword can occur in any section, passing
613 additional \\
614 parameters to the code handling the associated device.
615 Example:
616
617 \begin{verbatim}
618         register "com1" = "{1, 0, 0x3f8, 4}"
619 \end{verbatim}
620
621 \item \begin{verbatim}northbridge\end{verbatim}
622
623 The \texttt{northbridge} keyword describes a system northbridge. Some
624 systems, like AMD64, can have more than one northbridge, i.e. one per
625 CPU node. Each northbridge is described by the path to the northbridge
626 code in coreboot (relative to \texttt{coreboot-v2/src/northbridge}), i.e.
627 \texttt{amd/amdk8} and a unique name (i.e \texttt{mc0}) \\
628 Example:
629
630 \begin{verbatim}
631         northbridge amd/amdk8 "mc0"
632                 [..]
633         end
634 \end{verbatim}
635
636 \item \begin{verbatim}southbridge\end{verbatim}
637
638 To simplify the handling of bus bridges in a coreboot system, all
639 bridges available in a system that are not northbridges (i.e AGP, IO,
640 PCIX) are seen as southbridges.
641
642 Since from the CPUs point of view any southbridge is connected via the
643 northbridge, a southbridge section is declared within the northbridge
644 section of the north bridge it is attached to.
645
646 Like the northbridge, any other bridge is described by the path to it's
647 driver code, and a unique name. If the described bridge is a
648 hypertransport device, the northbridge's hypertransport link it connects
649 to can be specified using the \texttt{link} keyword. Example:
650
651 \begin{verbatim}
652 northbridge amd/amdk8 "mc0"
653         [..]
654         southbridge amd/amd8111 "amd8111" link 0
655                 [..]
656         end
657         [..]
658 end
659 \end{verbatim}
660
661 \item \begin{verbatim}pci\end{verbatim}
662
663 The \texttt{pci} keyword can only occur within a \texttt{northbridge} or
664 \texttt{southbridge} section. It is used to describe the PCI devices
665 that are provided by the bridge.  Generally all bridge sections have a
666 couple of \texttt{pci} keywords.
667
668 The first occurrence of the \texttt{pci} keyword tells coreboot where
669 the bridge devices start, relative to the PCI configuration space used
670 by the bridge. The following occurences of the \texttt{pci} keyword
671 describe the provided devices.
672
673 Adding the option \texttt{on} or \texttt{off} to a PCI device will
674 enable or disable this device. This feature can be used if some bridge
675 devices are not wired to hardware outputs and thus are not used.
676
677 Example:
678
679 \begin{verbatim}
680 northbridge amd/amdk8 "mc1"
681         pci 0:19.0
682         pci 0:19.0
683         pci 0:19.0
684         pci 0:19.1
685         pci 0:19.2
686         pci 0:19.3
687 end
688 \end{verbatim}
689
690 or
691
692 \begin{verbatim}
693 southbridge amd/amd8111 "amd8111" link 0
694         pci 0:0.0
695         pci 0:1.0 on
696         pci 0:1.1 on
697         pci 0:1.2 on
698         pci 0:1.3 on
699         pci 0:1.5 off
700         pci 0:1.6 off
701         pci 1:0.0 on
702         pci 1:0.1 on
703         pci 1:0.2 on
704         pci 1:1.0 off
705         [..]
706 end
707 \end{verbatim}
708
709 \item \begin{verbatim}superio\end{verbatim}
710
711 SuperIO devices are basically handled like brigdes. They are taking
712 their driver code from \texttt{coreboot-v2/src/superio/}. They don't
713 provide a PCI compatible configuration interface, but instead are ISA
714 PnP devices. Normally they are connected to a southbridge. If this is
715 the case, the \texttt{superio} section will be a subsection of the
716 \texttt{southbridge} section of the southbridge it is connected to.
717 Example:
718
719 \begin{verbatim}
720 superio nsc/pc87360 link 1
721         pnp 2e.0
722         pnp 2e.1
723         pnp 2e.2
724         pnp 2e.3
725         pnp 2e.4
726         pnp 2e.5
727         pnp 2e.6
728         pnp 2e.7
729         pnp 2e.8
730         pnp 2e.9
731         pnp 2e.a
732         register "com1" = "{1, 0, 0x3f8, 4}"
733         register "lpt" = "{1}"
734 end
735 \end{verbatim}
736
737 \end{itemize}
738
739 \newpage
740
741 \subsubsection{Mainboard specific configuration options}
742
743 The following options are commonly used in mainboard specific
744 configuration files.
745
746 They should be set using the \texttt{default} keyword:
747
748 \begin{itemize}
749
750 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_HARD_RESET\end{verbatim}
751
752 If set to \texttt{1}, this option defines that there is a hard reset
753 function for this mainboard.  This option is not defined per default.
754
755 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_PIRQ_TABLE\end{verbatim}
756
757 If set to \texttt{1}, this option defines that there is an IRQ Table for
758 this mainboard. This option is not defined per default.
759
760 \item \begin{verbatim}CONFIG_IRQ_SLOT_COUNT\end{verbatim}
761
762 Number of IRQ slots. This option is not defined per default.
763
764 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_MP_TABLE\end{verbatim}
765
766 Define this option to build an MP table (v1.4). The default is not to
767 build an MP table.
768
769 \item \begin{verbatim}CONFIG_HAVE_OPTION_TABLE\end{verbatim}
770
771 Define this option to export a CMOS option table. The default is not to
772 export a CMOS option table.
773
774 \item \begin{verbatim}CONFIG_SMP\end{verbatim}
775
776 Set this option to \texttt{1} if the mainboard supports symmetric
777 multiprocessing (SMP). This option defaults to \texttt{0} (no SMP).
778
779 \item \begin{verbatim}CONFIG_MAX_CPUS\end{verbatim}
780
781 If \begin{verbatim}CONFIG_SMP\end{verbatim} is set, this option defines
782 the maximum number of CPUs (i.e. the number of CPU sockets) in the
783 system. Defaults to \texttt{1}.
784
785 \item \begin{verbatim}CONFIG_IOAPIC\end{verbatim}
786
787 Set this option to \texttt{1} to enable IOAPIC support. This is
788 mandatory if you want to boot a 64bit Linux kernel on an AMD64 system.
789
790 \item \begin{verbatim}CONFIG_STACK_SIZE\end{verbatim}
791
792 coreboot stack size. The size of the function call stack defaults to
793 \texttt{0x2000} (8k).
794
795 \item \begin{verbatim}CONFIG_HEAP_SIZE\end{verbatim}
796
797 coreboot heap size. The heap is used when coreboot allocates memory
798 with malloc(). The default heap size is \texttt{0x2000}, but AMD64 boards
799 generally set it to \texttt{0x4000} (16k)
800
801 \item \begin{verbatim}CONFIG_XIP_ROM_BASE\end{verbatim}
802
803 Start address of area to cache during coreboot execution directly from
804 ROM.
805
806 \item \begin{verbatim}CONFIG_XIP_ROM_SIZE\end{verbatim}
807
808 Size of area to cache during coreboot execution directly from ROM
809
810 \item \begin{verbatim}CONFIG_COMPRESS\end{verbatim}
811
812 Set this option to \texttt{1} for a compressed image. If set to
813 \texttt{0}, the image is bigger but will start slightly faster (since no
814 decompression is needed).
815
816 \end{itemize}
817
818
819 \newpage
820
821 %
822 % 10. Tweaking the source code
823 %
824
825 \section{Tweaking the source code}
826 Besides configuring the existing code it is sometimes necessary or
827 desirable to tweak certain parts of coreboot by direct changes to the
828 code. This chapter covers some possible enhancements and changes that
829 are needed when porting coreboot to a new mainboard or just come
830 handy now and then.
831
832 \subsection{Hypertransport configuration}
833 Before coreboot is able to activate all CPUs and detect bridges
834 attached to these CPUs (and thus, see all devices attached to the
835 system) it has to initialize the coherent hypertransport devices.
836
837 The current algorithms to do coherent hypertransport initialization are
838 not fully, automatically evaluating the hypertransport chain graph.
839 Therefore the code needs to be adapted when porting coreboot to a new
840 AMD64 mainboard. An example arrangement of hypertransport devices
841 looks like this:
842
843 \begin{figure}[htb]
844 \centering
845 \includegraphics[scale=1.0]{hypertransport.pdf}
846 \caption{Example: Hypertransport Link Connections}
847 \label{fix:hypertransport}
848 \end{figure}
849
850 Each hypertransport device has one to three hypertransport links that
851 are used for device interconnection. These links are called LDT$[$012$]$, or
852 accordingly UP, ACROSS, DOWN.  Communication between the hypertransport
853 devices can be freely routed, honoring the physical wiring. Teaching the
854 coherent hypertransport initialization algorithm this wiring happens in
855 two steps.
856
857 \newpage
858
859 \begin{enumerate}
860 \item Setting outgoing connections
861 The algorithm needs to know which outgoing port of a CPU node is
862 connected to the directly succeeding node. This is done in
863 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$/auto.c}
864 with a number of preprocessor defines (one define for two-node systems,
865 three defines for four-node systems).
866
867 The ports in question are flagged with a circle in the graph for
868 illustration. For the example graph above (all outgoing connections are
869 realized using LDT1/ACROSS) the defines are:
870
871 \begin{verbatim}
872 #define CONNECTION_0_1 ACROSS
873 #define CONNECTION_0_2 ACROSS
874 #define CONNECTION_1_3 ACROSS
875 \end{verbatim}
876
877 \item Describing routing information between CPUs.
878
879 There are basically three different message types for hypertransport
880 communication:
881 \begin{enumerate}
882 \item request packages
883 \item response packages
884 \item broadcast packages
885 \end{enumerate}
886
887 These three message types are routed using different hypertransport
888 ports. The routing information is written to the AMD K8 routing table.
889 In an Nnode system this routing table consists of 3*N*N entries , one
890 for each message type and for each possible CPU --> CPU communication. For
891 simplicity coreboot keeps the 3 routing entries for each CPU --> CPU
892 communication in one machine word.  The routing table of each node looks
893 like this:
894
895 \begin{verbatim}
896 /* Routing Table for Node i
897  *
898  * F0: 0x40, 0x44, 0x48, 0x4c, 0x50, 0x54, 0x58, 0x5c
899  * i: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
900  *
901  * [ 0: 3] Request Route
902  * [0] Route to this node
903  * [1] Route to Link 0
904  * [2] Route to Link 1
905  * [3] Route to Link 2
906  * [11: 8] Response Route
907  * [0] Route to this node
908  * [1] Route to Link 0
909  * [2] Route to Link 1
910  * [3] Route to Link 2
911  * [19:16] Broadcast route
912  * [0] Route to this node
913  * [1] Route to Link 0
914  * [2] Route to Link 1
915  * [3] Route to Link 2
916  */
917 \end{verbatim}
918
919 The routing table is passed to the coherent hypertransport
920 initialization algorithm by defining a function called
921 \texttt{generate\_row()} in \texttt{auto.c}:
922
923 \begin{verbatim}
924 static unsigned int generate_row
925                 (uint8_t node, uint8_t row, uint8_t maxnodes)
926 \end{verbatim}
927
928 This function is trivial if there is only one CPU in the system, since
929 no routing has to be done:
930
931 \begin{verbatim}
932 static unsigned int generate_row
933                 (uint8_t node, uint8_t row, uint8_t maxnodes)
934 {
935         return 0x00010101; /* default row entry */
936 }
937 \end{verbatim}
938
939 On a two-node system things look slightly more complicated. Since the
940 coherent hypertransport initialization algorithm works by consecutively
941 enabling CPUs, it contains routing information for driving the system
942 with one node and two nodes:
943
944 \begin{verbatim}
945 static unsigned int generate_row
946                 (uint8_t node, uint8_t row, uint8_t maxnodes)
947 {
948         uint32_t ret=0x00010101; /* default row entry */
949         static const unsigned int rows_2p[2][2] = {
950                 { 0x00050101, 0x00010404 },
951                 { 0x00010404, 0x00050101 }
952         };
953         if(maxnodes>2) maxnodes=2;
954         if (!(node>=maxnodes || row>=maxnodes)) {
955                 ret=rows_2p[node][row];
956         }
957         return ret;
958 }
959 \end{verbatim}
960
961 Systems with four nodes have to contain routing information for one, two
962 and four-node setups:
963
964 \begin{verbatim}
965 static unsigned int generate_row
966                 (uint8_t node, uint8_t row, uint8_t maxnodes)
967 {
968         uint32_t ret=0x00010101; /* default row entry */
969         static const unsigned int rows_2p[2][2] = {
970                 { 0x00030101, 0x00010202 },
971                 { 0x00010202, 0x00030101 }
972         };
973         static const unsigned int rows_4p[4][4] = {
974                 { 0x00070101, 0x00010202, 0x00030404, 0x00010204 },
975                 { 0x00010202, 0x000b0101, 0x00010208, 0x00030808 },
976                 { 0x00030808, 0x00010208, 0x000b0101, 0x00010202 },
977                 { 0x00010204, 0x00030404, 0x00010202, 0x00070101 }
978         };
979         if (!(node>=maxnodes || row>=maxnodes)) {
980                 if (maxnodes==2)
981                         ret=rows_2p[node][row];
982                 if (maxnodes==4)
983                         ret=rows_4p[node][row];
984         }
985         return ret;
986 }
987 \end{verbatim}
988 \end{enumerate}
989
990 \subsection{DRAM configuration}
991 Setting up the RAM controller(s) is probably the most complex part of
992 coreboot.  Basically coreboot serially initializes all RAM controllers
993 in the system, using SPDROM (serial presence detect) data to set
994 timings, size and other properties.  The SPD data is usually read
995 utilizing the I2C SMBUS interface of the southbridge.
996
997 There is one central data structure that describes the RAM controllers
998 available on an AMD64 system and the associated devices:
999
1000 \begin{verbatim}
1001 struct mem_controller {
1002         unsigned node_id;
1003         device_t f0, f1, f2, f3;
1004         uint8_t channel0[4];
1005         uint8_t channel1[4];
1006 };
1007 \end{verbatim}
1008
1009 Available mainboard implementations and CPUs create the need to add
1010 special setup code to RAM initialization in a number of places.
1011 coreboot provides hooks to easily add code in these places without
1012 having to change the generic code.  Whether these hooks have to be used
1013 depends on the mainboard design. In many cases the functions executed
1014 by the hooks just carry out trivial default settings or they are even
1015 empty.
1016
1017 Some mainboard/CPU combinations need to trigger an additional memory
1018 controller reset before the memory can be initialized properly. This is,
1019 for example, used to get memory working on preC stepping AMD64
1020 processors. coreboot provides two hooks for triggering onboard memory
1021 reset logic:
1022
1023 \begin{itemize}
1024 \item \begin{verbatim}static void memreset_setup(void)\end{verbatim}
1025 \item \begin{verbatim}static void memreset(int controllers, const struct
1026                 mem_controller *ctrl)\end{verbatim}
1027 \end{itemize}
1028
1029 Some mainboards utilize an SMBUS hub or possibly other mechanisms to
1030 allow using a large number of SPDROMs and thus ram sockets. The result
1031 is that only the SPDROM information of one cpu node is visible at a
1032 time. The following function, defined in \texttt{auto.c}, is called every time
1033 before a memory controller is initialized and gets the memory controller
1034 information of the next controller as a parameter:
1035
1036 \begin{verbatim}
1037 static inline void activate_spd_rom (const struct mem_controller *ctrl)
1038 \end{verbatim}
1039
1040 The way SMBUS hub information is coded into the \texttt{mem\_controller}
1041 structure is mainboard implementation specific and not
1042 described here.  See \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/amd/quartet/auto.c}
1043 for an example.
1044
1045 coreboot folks have agreed on SPD data being the central information
1046 source for RAM specific information. But not all mainboards/RAM
1047 modules feature a physical SPD ROM. To still allow an easy to use SPD
1048 driven setup, there is a hook that abstracts reading the SPD ROM
1049 ingredients that are used by the memory initialization mechanism:
1050
1051 \begin{verbatim}
1052 static inline int spd_read_byte(unsigned device, unsigned address)
1053 \end{verbatim}
1054
1055 This function, defined in \texttt{auto.c}, directly maps it's calls to
1056 \texttt{smbus\_read\_byte()} calls if SPD ROM information is read via
1057 the I2C SMBUS:
1058
1059 \begin{verbatim}
1060 static inline int spd_read_byte(unsigned device, unsigned address)
1061 {
1062         return smbus_read_byte(device & 0xff, address);
1063 }
1064 \end{verbatim}
1065
1066 If there is no SPD ROM available in the system design, this function
1067 keeps an array of SPD ROM information hard coded per logical RAM module.
1068 It returns the faked' SPD ROM information using device and address
1069 as indices to this array.
1070
1071
1072 \subsection {IRQ Tables}
1073
1074 Mainboards that provide an IRQ table should have the following two
1075 variables set in their \texttt{Config.lb} file:
1076
1077 \begin{verbatim}
1078 default CONFIG_HAVE_PIRQ_TABLE=1
1079 default CONFIG_IRQ_SLOT_COUNT=7
1080 \end{verbatim}
1081
1082 This will make coreboot look for the file \\
1083 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/<vendor>/<mainboard>/irq\_tables.c} which
1084 contains the source code definition of the IRQ table. coreboot corrects
1085 small inconsistencies in the IRQ table during startup (checksum and
1086 number of entries), but it is not yet writing IRQ tables in a completely
1087 dynamic way.
1088
1089 \textbf{NOTE:} To get Linux to understand and actually use the IRQ
1090 table, it is not always a good idea to specify the vendor and device id
1091 of the actually present interrupt router device. Linux 2.4 for example
1092 does not know about the interrupt router of the AMD8111 southbridge. In
1093 such cases it is advised to choose the vendor/device id of a compatible
1094 device that is supported by the Linux kernel. In case of the AMD8111
1095 interrupt router it is advised to specify the AMD768/Opus interrupt
1096 controller instead (vendor id=\texttt{0x1022}, device id=\texttt{0x7443})
1097
1098 \subsection {MP Tables}
1099
1100 coreboot contains code to create MP tables conforming the
1101 Multiprocessor Specification V1.4. To include an MP Table in a coreboot
1102 image, the following configuration variables have to be set (in the
1103 mainboard specific configuration file
1104 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/<vendor><mainboard>/Config.lb}):
1105
1106 \begin{verbatim}
1107 default CONFIG_SMP=1
1108 default CONFIG_MAX_CPUS=1 # 2,4,..
1109 default CONFIG_HAVE_MP_TABLE=1
1110 \end{verbatim}
1111
1112 coreboot will then look for a function for setting up the MP table in
1113 the file \texttt{coreboot-v2/src/mainboard<vendor>/<mainboard>/mptable.c}:
1114
1115 \begin{verbatim}
1116 void *smp_write_config_table(void *v, unsigned long * processor_map)
1117 \end{verbatim}
1118
1119 MP Table generation is still somewhat static, i.e. changing the bus
1120 numbering will force
1121 you to adopt the code in mptable.c. This is subject to change in future
1122 revisions.
1123
1124 \subsection {ACPI Tables}
1125
1126 There is initial ACPI support in coreboot now. Currently the only gain with
1127 this is the ability to use HPET timers in Linux. To achieve this, there is a
1128 framework that can generate the following tables:
1129 \begin{itemize}
1130 \item RSDP
1131 \item RSDT
1132 \item MADT
1133 \item HPET
1134 \end{itemize}
1135
1136 To enable ACPI in your coreboot build, add the following lines to your
1137 configuration files:
1138 \begin{verbatim}
1139 uses CONFIG_HAVE_ACPI_TABLES
1140 [..]
1141 option CONFIG_HAVE_ACPI_TABLES=1
1142 \end{verbatim}
1143
1144 To keep Linux doing it's pci ressource allocation based on IRQ tables and MP
1145 tables, you have to specify the kernel parameter \texttt{pci=noacpi} otherwise
1146 your PCI devices won't get interrupts.
1147 It's likely that more ACPI support will follow, when there is need for certain
1148 features.
1149
1150 \subsection{POST}
1151 coreboot has three different methods of handling POST codes. They can
1152 be triggered using configuration file options.
1153 \begin{itemize}
1154 \item
1155 \emph{Ignore POST completely}. No early code debugging is possible with
1156 this setting.  Set the configuration variable \texttt{NO\_POST} to
1157 \texttt{1} to switch off all POST handling in coreboot.
1158 \item
1159 \emph{Normal IO port 80 POST}. This is the default behavior of
1160 coreboot. No configuration variables have to be set. To be able to see
1161 port 80 POST output, you need a POST expansion card for ISA or PCI. Port
1162 80 POST allows simple debugging without any other output method
1163 available (serial interface or VGA display)
1164 \item
1165 \emph{Serial POST}.
1166 This option allows to push POST messages to the serial interface instead
1167 of using IO ports. \textbf{NOTE:} The serial interface has to be
1168 initialized before serial POST can work. To use serial POST, set the
1169 configuration variable \texttt{CONFIG\_SERIAL\_POST} to the value 1.
1170 \end{itemize}
1171
1172
1173 \subsection{HDT Debugging}
1174 If you are debugging your coreboot code with a Hardware Debug Tool
1175 (HDT), you can find the source code line for a given physical EIP
1176 address as follows: Look the address up in the file linuxbios.map. Then
1177 search the label Lxx in the file auto.inc created by romcc. The original
1178 source code file and line number is mentioned in auto.inc.
1179
1180
1181 \subsection{Device Drivers}
1182 With only a few data structures coreboot features a simple but flexible
1183 device driver interface. This interface is not intended for autonomously
1184 driving the devices but to initialize all system components so that they
1185 can be used by the booted operating system.
1186
1187 Since nowadays most systems are PCI centric, the data structures used
1188 are tuned towards (onboard and expansion bus) PCI devices. Each driver
1189 consists of at least two structures.
1190
1191 The \texttt{pci\_driver} structure maps PCI vendor/device id pairs to a
1192 second structure that describes a set of functions that together
1193 initialize and operate the device:
1194
1195 \begin{verbatim}
1196     static void adaptec_scsi_init(struct device *dev)
1197     {
1198             [..]
1199     }
1200     static struct device_operations lsi_scsi_ops = {
1201             .read_resources = pci_dev_read_resources,
1202             .set_resources = pci_dev_set_resources,
1203             .enable_resources = pci_dev_enable_resources,
1204             .init = lsi_scsi_init,
1205             .scan_bus = 0,
1206     };
1207     static const struct pci_driver lsi_scsi_driver __pci_driver = {
1208             .ops = &lsi_scsi_ops,
1209             .vendor = 0xXXXX,
1210             .device = 0xXXXX,
1211     };
1212 \end{verbatim}
1213
1214 By separating the two structures above, M:N relations between compatible
1215 devices and drivers can be described. The driver source code containing
1216 above data structures and code have to be added to a coreboot image
1217 using the driver keyword in the mainboard specific configuration file \\
1218 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/<vendor>/<mainboard>/Config.lb}:
1219
1220 \begin{verbatim}
1221         driver lsi_scsi.o
1222 \end{verbatim}
1223
1224 \subsection{Bus Bridges}
1225
1226 Currently all bridges supported in the coreboot-v2 tree are transparent
1227 bridges. This means, once the bridge is initialized, it's remote devices
1228 are visible on one of the PCI buses without special probing. coreboot
1229 supports also bridges that are nontransparent.  The driver support code
1230 can provide a \texttt{scan\_bus} function to scan devices behind the bridge.
1231
1232 \subsection{CPU Reset}
1233 When changing speed and width of hypertransport chain connections
1234 coreboot has to either assert an LDTSTOP or a reset to make the changes
1235 become active.  Additionally Linux can do a firmware reset, if coreboot
1236 provides the needed infrastructure. To use this capability, define the
1237 option \texttt{CONFIG\_HAVE\_HARD\_RESET} and add an object file specifying the
1238 reset code in your mainboard specific configuration file
1239 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$/Config.lb}:
1240
1241 \begin{verbatim}
1242         default CONFIG_HAVE_HARD_RESET=1
1243         object reset.o
1244 \end{verbatim}
1245
1246 The C source file \texttt{reset.c} (resulting in \texttt{reset.o}
1247 during compilation) shall define the following function to take care
1248 of the system reset:
1249
1250 \begin{verbatim}
1251         void hard_reset(void);
1252 \end{verbatim}
1253
1254 See \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/arima/hdama/reset.c} for an example
1255 implementation.
1256
1257 \newpage
1258
1259 %
1260 % 11. coreboot Internals
1261 %
1262
1263 \section{coreboot Internals}
1264 This chapter covers some of the internal structures and algorithms of
1265 coreboot that have not been mentioned so far.
1266
1267 \subsection{Code Flow}
1268
1269 \begin{figure}[htb]
1270 \centering
1271 \includegraphics[scale=0.7]{codeflow.pdf}
1272 \caption{coreboot rough Code Flow}
1273 \label{fix:codeflow}
1274 \end{figure}
1275
1276 \newpage
1277
1278 \subsection{Fallback mechanism}
1279 coreboot provides a mechanism to pack two different coreboot builds
1280 within one coreboot ROM image. Using the system CMOS memory coreboot
1281 determines whether the last boot with a default image succeeded and
1282 boots a failsafe image on failure. This allows insystem testing without
1283 the risk to render the system unusable. See
1284 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/arima/hdama/failover.c} for example
1285 code. The fallback mechanism can be used with the \texttt{cmos\_util}.
1286
1287 \subsection{(Un) Supported Standards}
1288 coreboot supports the following standards
1289 \begin{itemize}
1290 \item Multiprocessing Specification (MPSPEC) 1.4
1291 \item IRQ Tables (PIRQ)
1292 \item ACPI (initial support on AMD64)
1293 \item Elf Booting
1294 \end{itemize}
1295 However, the following standards are not supported until now, and will
1296 probably not be supported in future revisions:
1297 \begin{itemize}
1298 \item APM
1299 \end{itemize}
1300
1301 \subsection{coreboot table}
1302 coreboot stores information about the system in a data structure called
1303 the coreboot table. This table can be read under Linux using the tool
1304 nvramtool from the Lawrence Livermore National Laboratory.
1305
1306 Get more information about lxbios and the utility itself at
1307 \url{http://www.llnl.gov/linux/lxbios/lxbios.html}
1308
1309 \subsection{ROMCC limitations}
1310 ROMCC, part of the coreboot project, is a C compiler that translates to
1311 completely rommable code. This means the resulting code does not need
1312 any memory to work. This is one of the major improvements in coreboot
1313 V2, since it allows almost all code to be written in C. DRAM
1314 initialization can be factored and reused more easily among mainboards
1315 and platforms.
1316
1317 Since no memory is available during this early initialization point,
1318 romcc has to map all used variables in registers for the time being.
1319 Same applies for their stack usage.  Generally the less registers are
1320 used up by the algorithms, the better code can be factored, resulting in
1321 a smaller object size. Since getting the best register usage is an NP
1322 hard problem, some heuristics are used to get reasonable translation
1323 time. If you run out of registers during compilation, try to refactor
1324 your code.
1325
1326 \subsection{CMOS handling}
1327 coreboot can use the mainboard's CMOS memory to store information
1328 defined in a data structure called the CMOS table . This information
1329 contains serial line speed, fallback boot control, output verbosity,
1330 default boot device, ECC control, and more. It can be easily enhanced by
1331 enhancing the CMOS table. This table, if present, is found at
1332 \texttt{coreboot-v2/src/mainboard/$<$vendor$>$/$<$mainboard$>$/cmos.layout}.
1333 It describes the available options, their possible values and their
1334 position within the CMOS memory. The layout file looks as follows:
1335 \begin{verbatim}
1336     # startbit length config configID    name
1337     [..]
1338            392      3      e        5    baud_rate
1339     [..]
1340
1341     # configid value human readable description
1342       5        0     115200
1343       5        1      57600
1344       5        2      38400
1345       5        3      19200
1346       5        4       9600
1347       5        5       4800
1348       5        6       2400
1349       5        7       1200
1350
1351 \end{verbatim}
1352
1353 To change CMOS values from a running Linux system, use the
1354 \texttt{cmos\_util}, provided by Linux Networks as part of the coreboot
1355 utilities suite. Get it at
1356 \textit{ftp://ftp.lnxi.com/pub/linuxbios/utilities/}
1357
1358 \subsection {Booting Payloads}
1359 coreboot can load a payload binary from a Flash device or IDE. This
1360 payload can be a boot loader, like FILO or Etherboot, a kernel image, or
1361 any other static ELF binary.
1362
1363 To create a Linux kernel image, that is bootable in coreboot, you have
1364 to use mkelfImage. The command line I used, looks like follows:
1365
1366 \begin{verbatim}
1367     objdir/sbin/mkelfImage t bzImagei386 kernel /boot/vmlinuz \
1368              commandline="console=ttyS0,115200 root=/dev/hda3" \
1369              initrd=/boot/initrd output vmlinuz.elf
1370 \end{verbatim}
1371
1372
1373 This will create the file \texttt{vmlinuz.elf} from a distribution
1374 kernel, console redirected to the serial port and using an initial
1375 ramdisk.
1376
1377 \subsection{Kernel on dhcp/tftp}
1378
1379 One possible scenario during testing is that you keep your kernel (or
1380 any additional payload) on a different machine on the network. This can
1381 quickly be done using a DHCP and TFTP server.
1382
1383 Use for example following \texttt{/etc/dhcpd.conf} (adapt to your
1384 network):
1385
1386 \begin{verbatim}
1387     subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
1388             range 192.168.1.0 192.168.1.31;
1389             option broadcastaddress 192.168.1.255;
1390     }
1391
1392     ddnsupdatestyle adhoc;
1393
1394     host hammer12 {
1395             hardware ethernet 00:04:76:EA:64:31;
1396             fixedaddress 192.168.1.24;
1397             filename "vmlinuz.elf";
1398     }
1399 \end{verbatim}
1400
1401
1402 Additionally you have to run a \texttt{tftp} server. You can start one
1403 using \texttt{inetd}.  To do this, you have to remove the comment from
1404 the following line in \texttt{/etc/inetd.conf}:
1405
1406 \begin{verbatim}
1407     tftp dgram udp wait root /usr/sbin/in.tftpd in.tftpd -s /tftpboot
1408 \end{verbatim}
1409
1410 Then put your kernel image \texttt{vmlinuz.elf} in \texttt{/tftpboot} on
1411 the \texttt{tftp} server.
1412
1413
1414 \newpage
1415
1416 %
1417 % 12. Advanced Device Initialization Mechanisms
1418 %
1419
1420 \section{Advanced Device Initialization Mechanisms}
1421
1422 Like software, today's hardware is getting more and more complex. To
1423 stay flexible many hardware vendors start breaking hardware
1424 compatibility to old standards like VGA. Thus, VGA is still supported by
1425 most cards, but emulation has to be enabled by the firmware for the
1426 device to operate properly.  Also, many expansion cards are small
1427 discrete systems that have to initialize attached ram, download
1428 controller firmware and similar. Without this initialization, an
1429 operating system can not take advantage of the hardware, so there needs
1430 to be a way to address this issue. There are several alternatives:
1431
1432 \subsection{Native coreboot Support}
1433
1434 For some devices (ie Trident Cyberblade 3d) there is native coreboot
1435 support This means there is a small driver bound to the PCI id of the
1436 device that is called after PCI device ressources are allotted.
1437
1438 PROs:
1439  \begin{itemize}
1440  \item open source
1441  \item minimal driver
1442  \item early control
1443  \end{itemize}
1444
1445 CONs:
1446  \begin{itemize}
1447  \item need an additional driver
1448  \item viable for onboard devices only
1449  \item not flexible for pci cards
1450  \end{itemize}
1451
1452 \subsection{Using Native Linux Support}
1453
1454 A simple way of getting a whole lot of drivers available for coreboot
1455 is to reuse Linux drivers by putting a Linux kernel to flash. This
1456 works, because no drivers are needed to get the Linux kernel (as opposed
1457 to store the kernel on a harddisk connected to isa/scsi/raid storage)
1458
1459 PROs:
1460  \begin{itemize}
1461  \item large number of open source drivers
1462  \end{itemize}
1463
1464 CONs:
1465  \begin{itemize}
1466  \item need Linux in Flash (BLOAT!)
1467  \item drivers expect devices to be initialized (LSI1020/1030)
1468  \item Linux only
1469  \item large flash needed (4MBit minimum, normal operations 8+ MBit)
1470  \end{itemize}
1471
1472
1473 \subsection{Running X86 Option ROMs}
1474
1475 Especially SCSI/RAID controllers and graphics adapters come with a
1476 special option rom. This option rom usually contains x86 binary code
1477 that uses a legacy PCBIOS interface for device interaction. If this code
1478 gets executed, the device becomes operable in Linux and other operating
1479 systems.
1480
1481 PROs:
1482  \begin{itemize}
1483  \item really flexible
1484  \item no need for additional drivers on firmware layer
1485  \item large number of supported devices
1486  \end{itemize}
1487
1488 CONs:
1489  \begin{itemize}
1490  \item non-x86 platforms need complex emulation
1491  \item x86 platforms need legacy API
1492  \item outdated concept
1493  \end{itemize}
1494
1495
1496 \subsection{Running Open Firmware Option ROMs}
1497
1498 Some PCI devices come with open firmware option roms. These devices are
1499 normally found in computers from SUN, Apple or IBM. Open Firmware is a
1500 instruction set architecture independent firmware standard that allows
1501 device specific initialization using simple, small, but flexible
1502 bytecode that runs with minimal footprint on all architectures that have
1503 an Open Firmware implementation.
1504
1505 There is a free Open Firmware implementation available, called OpenBIOS,
1506 that runs on top of coreboot. See www.openbios.org
1507
1508 PROs:
1509  \begin{itemize}
1510  \item architecture independence
1511  \item small footprint
1512  \item clean concept, less bugs
1513  \end{itemize}
1514
1515 CONs:
1516  \begin{itemize}
1517  \item only small number of devices come with OpenFirmware capable option roms
1518  \end{itemize}
1519
1520 %
1521 % 13 image types
1522 %
1523
1524 \section{Image types}
1525 There used to be one image type for coreboot, as described above. Since this paper was written (2004) there have been many changes. First, the name
1526 was changed to coreboot, for many reasons. Second, Cache As Ram support (CAR)
1527 was added for many AMD CPUs, which both simplified and complicated things. Simplification came with the removal of romcc; complication came with the addition of new ways to build.
1528
1529 There are two big additions to the build process and, furthermore, more than two new CONFIG variables to control them.
1530
1531 \begin{itemize}
1532 \item \begin{verbatim}CONFIG_USE_DCACHE_RAM\end{verbatim}
1533
1534 Set to \texttt{1} to use Cache As Ram (CAR). Defaults to \texttt{0}
1535
1536 \end{itemize}
1537
1538 Before going over the new image types, derived from v3, we will quickly review the standard v2 image types. We are hoping this review will
1539 aid comprehension.
1540
1541 A coreboot rom file consists of one or more \textit{images}. All images consist of a part that runs in ROM, and a part that runs in RAM. The RAM can be in  compressed form and is decompressed when needed by the ROM code. The main function of the ROM code is to get memory working. Both ROM and RAM consist of a very small amount of assembly code and mostly C code.
1542
1543 \subsection{romcc images (from emulation/qemu)}
1544 ROMCC images are so-called because C code for the ROM part is compiled with romcc. romcc is an optimizing C compiler which compiles one, and only
1545 one file; to get more than one file, one must include the C code via include statements. The main ROM code .c file is usually called auto.c.
1546 \subsubsection{How it is built}
1547 Romcc compiles auto.c to produce auto.inc. auto.inc is included in the main crt0.S, which is then preprocessed to produce crt0.s. The inclusion of files into crt0.S is controlled by the CONFIG\_CRT0\_INCLUDES variable. crt0.s is then assembled.
1548
1549 File for the ram part are compiled in a conventional manner.
1550
1551 The final step is linking. The use of named sections is used very heavily in coreboot to control where different bits of code go. The reset vector must go in the top 16 bytes. The start portion of the ROM code must go in the top 64K bytes, since most chipsets only enable this much ROM at startup time. Here is a quick look at a typical image:
1552 \begin{verbatim}
1553   [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
1554   [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
1555   [ 1] .ram              PROGBITS        ffff0000 001000 005893 00  WA  0   0  1
1556   [ 2] .rom              PROGBITS        ffff5893 006893 00029d 00  AX  0   0 16
1557   [ 3] .reset            PROGBITS        fffffff0 006ff0 000010 00   A  0   0  1
1558   [ 4] .id               PROGBITS        ffffffd1 006fd1 00001f 00   A  0   0  1
1559   [ 5] .shstrtab         STRTAB          00000000 007000 000030 00      0   0  1
1560   [ 6] .symtab           SYMTAB          00000000 007170 000c30 10      7  37  4
1561   [ 7] .strtab           STRTAB          00000000 007da0 000bfd 00      0   0  1
1562 \end{verbatim}
1563
1564 The only sections that get loaded into a ROM are the Allocated ones. We can see the .ram, .rom, .reset and .id sections.
1565 \subsubsection{layout}
1566 As we mentioned, the ROM file consists of multiple images. In the basic file, there are two full coreboot rom images. The build sequence for each is the same, and in fact the ldscript.ld files are almost identical. The only difference is in a few makefile variables, generated by the config tool.
1567
1568 \begin{itemize}
1569 \item CONFIG\_PAYLOAD\_SIZE. Each image may have a different payload size.
1570 \item CONFIG\_ROMBASE Each image must have a different base in rom.
1571 \item CONFIG\_RESET Unclear what this is used for.
1572 \item CONFIG\_EXCEPTION\_VECTORS where an optional IDT might go.
1573 \item CONFIG\_USE\_OPTION\_TABLE if set, an option table section will be linked in.
1574 \item CONFIG\_ROM\_PAYLOAD\_START This is the soon-to-be-deprecated way of locating a payload. cbfs eliminates this.
1575 \item CONFIG\_USE\_FALLBACK\_IMAGE Whether this is a fallback or normal image
1576 \item CONFIG\_ROM\_SECTION\_SIZE Essentially, the payload size. Soon to be deprecated.
1577 \item CONFIG\_ROM\_IMAGE\_SIZE Size of this image (i.e. fallback or normal image)
1578 \item CONFIG\_ROM\_SIZE Total size of the ROM
1579 \item CONFIG\_XIP\_RAM\_BASE The start of eXecute In Place code. XIP allows for not copying code to ram, but just running it from ROM.
1580 \end{itemize}
1581
1582 Each image (normal or fallback) is built completely independently and does not get linked to the other. They are assembled into one ROM image by the (soon to be deprecated) buildrom tool, or by the cbfs tool.
1583
1584 \subsubsection{boot sequence}
1585 We boot and start at fffffff0. We then jump to the entry point at \_start.  \_start does some machine init and an lgdt and jumps to \_\_protected\_start, at which point we are in protected mode. The code does a bit more machine setup and then starts executing the romcc code.
1586
1587 If fallback has been built in, some setup needs to be done. On some machines, it is extensive. Full rom decoding must be enabled. This may in turn require additional PCI setup to enable decoding to be enabled (!). To decided which image to use, hardware registers (cold boot on the Opteron) or CMOS are checked. Finally, once the image to use has been decided, a jmp is performed, viz:
1588 \begin{verbatim}
1589         /* This is the primary cpu how should I boot? */
1590         else if (do_normal_boot()) {
1591                 goto normal_image;
1592         }
1593         else {
1594                 goto fallback_image;
1595         }
1596  normal_image:
1597         __asm__ volatile ("jmp __normal_image"
1598                 : /* outputs */
1599                 : "a" (bist), "b" (cpu_init_detectedx) /* inputs */
1600                 );
1601
1602  fallback_image:
1603 #if CONFIG_HAVE_FAILOVER_BOOT==1
1604         __asm__ volatile ("jmp __fallback_image"
1605                 : /* outputs */
1606                 : "a" (bist), "b" (cpu_init_detectedx) /* inputs */
1607                 )
1608 #endif
1609         ;
1610 \end{verbatim}
1611 How does the fallback image get the symbol for normal entry? Via magic in the ldscript.ld -- remember, the images are not linked to each other.
1612 Finally, we can see this in the Config.lb for most mainboards:
1613 \begin{verbatim}
1614 if CONFIG_USE_FALLBACK_IMAGE
1615         mainboardinit cpu/x86/16bit/reset16.inc
1616         ldscript /cpu/x86/16bit/reset16.lds
1617 else
1618         mainboardinit cpu/x86/32bit/reset32.inc
1619         ldscript /cpu/x86/32bit/reset32.lds
1620 end
1621 \end{verbatim}
1622 What does this mean? the non-fallback image has a 32-bit entry point; fallback has a 16-bit entry point. The reason for this is that some code from fallback always runs, so as to pick fallback or normal; but the normal is always called from 32-bit code.
1623 \subsection{car images (from lippert/roadrunner-lx)}
1624 CAR images in their simplest form are modified romcc images. The file is usually cache\_as\_ram\_auto.c. C inclusion is still used. The main difference is in the build sequence. The compiler command line is a very slight changed: instead of using romcc to generate an auto.inc include file, gcc us used. Then, two perl scripts are used to rename the .text and .data sections to .rom.text and .rom.data respectively.
1625 \subsubsection{How it is built}
1626 The build is almost identical to the romcc build. Since the auto.inc file exists, it can be included as before. The crt0\_includes.h file has one addition: a file that enables CAR, in this case it is \textit{src/cpu/amd/model\_lx/cache\_as\_ram.inc}.
1627 \subsubsection{layout}
1628 No significant change from romcc code.
1629 \subsubsection{boot sequence}
1630 No significant change from romcc code, except that the CAR code has to set up a stack.
1631
1632 \subsection{car + CONFIG\_USE\_INIT images (new emulation/qemu}
1633 This type of image makes more use of the C compiler. In this type of image, in fact,
1634 seperate compilation is possible but is not always used. Oddly enough, this option is only used in PPC boards. That said, we need to move to this way of building. Including C code is poor style.
1635 \subsubsection{How it is built}
1636 There is a make variable, INIT-OBJECTS, that for all our other targets is empty. In this type of build, INIT-OBJECTS is a list of C files that are created from the config tool initobject command. Again, with INIT-OBJECTS we can finally stop including .c files and go with seperate compilation.
1637 \subsubsection{layout}
1638 No significant change from romcc code.
1639 \subsubsection{boot sequence}
1640 No significant change from romcc code, except that the CAR code has to set up a stack.
1641
1642 \subsubsection{layout}
1643 No significant change from romcc code.
1644 \subsubsection{boot sequence}
1645 No significant change from romcc code, except that the CAR code has to set up a stack.
1646 \subsection{failover}
1647 Failover is the newest way to lay out a ROM. The choice of which image to run is removed from the fallback image and moved into a small, standalone piece of code. The code is simple enough to show here:
1648 \begin{verbatim}
1649 static unsigned long main(unsigned long bist)
1650 {
1651         if (do_normal_boot())
1652                 goto normal_image;
1653         else
1654                 goto fallback_image;
1655
1656 normal_image:
1657         __asm__ __volatile__("jmp __normal_image" : : "a" (bist) : );
1658
1659 cpu_reset:
1660         __asm__ __volatile__("jmp __cpu_reset" : : "a" (bist) : );
1661
1662 fallback_image:
1663         return bist;
1664 }
1665
1666 \end{verbatim}
1667 Some motherboards have a more complex bus structure (e.g. Opteron). In those cases, the failover can be more complex, as it requires some hardware initialization to work correctly. As of this writing (April 2009), these boards have their own failover:
1668 \begin{quote}
1669 ./src/mainboard/iei/nova4899r/failover.c
1670 ./src/mainboard/emulation/qemu-x86/failover.c
1671 ./src/mainboard/supermicro/x6dhr\_ig/failover.c
1672 ./src/mainboard/supermicro/x6dai\_g/failover.c
1673 ./src/mainboard/supermicro/x6dhe\_g2/failover.c
1674 ./src/mainboard/supermicro/x6dhr\_ig2/failover.c
1675 ./src/mainboard/supermicro/x6dhe\_g/failover.c
1676 ./src/mainboard/dell/s1850/failover.c
1677 ./src/mainboard/intel/xe7501devkit/failover.c
1678 ./src/mainboard/intel/jarrell/failover.c
1679 ./src/mainboard/olpc/btest/failover.c
1680 ./src/mainboard/olpc/rev\_a/failover.c
1681 ./src/mainboard/via/epia-m/failover.c
1682 \end{quote}
1683 Here is one of the more complicated ones:
1684 \begin{verbatim}
1685 static unsigned long main(unsigned long bist)
1686 {
1687         /* Did just the cpu reset? */
1688         if (memory_initialized()) {
1689                 if (last_boot_normal()) {
1690                         goto normal_image;
1691                 } else {
1692                         goto cpu_reset;
1693                 }
1694         }
1695
1696         /* This is the primary cpu how should I boot? */
1697         else if (do_normal_boot()) {
1698                 goto normal_image;
1699         }
1700         else {
1701                 goto fallback_image;
1702         }
1703  normal_image:
1704         asm volatile ("jmp __normal_image"
1705                 : /* outputs */
1706                 : "a" (bist) /* inputs */
1707                 : /* clobbers */
1708                 );
1709  cpu_reset:
1710         asm volatile ("jmp __cpu_reset"
1711                 : /* outputs */
1712                 : "a"(bist) /* inputs */
1713                 : /* clobbers */
1714                 );
1715  fallback_image:
1716         return bist;
1717 }
1718
1719 \end{verbatim}
1720 They're not that different, in fact. So why are there different copies all over the tree? Simple: code inclusion. Most of the failover.c are different because they include different bits of code. Here is a key reason for killing C code inclusion in the tree.
1721 \subsubsection{How it is built}
1722 There two additional config variables:
1723 \begin{itemize}
1724 \item HAVE\_FAILOVER\_IMAGE Has to be defined when certain files are included.
1725 \item USE\_FAILOVER\_IMAGE Enables the use of the failover image
1726 \end{itemize}
1727 Confusingly enough, almost all the uses of these two variables are either nested or both required to be set, e.g.
1728 The fallback and normal builds are the same. The target config has a new clause that looks like this:
1729 \begin{verbatim}
1730 romimage "failover"
1731         option CONFIG_USE_FAILOVER_IMAGE=1
1732         option CONFIG_USE_FALLBACK_IMAGE=0
1733         option CONFIG_ROM_IMAGE_SIZE=CONFIG_FAILOVER_SIZE
1734         option CONFIG_XIP_ROM_SIZE=CONFIG_FAILOVER_SIZE
1735         option COREBOOT_EXTRA_VERSION="\$(shell cat ../../VERSION)\_Failover"
1736 end
1737 \end{verbatim}
1738 This new section uses some constructs not yet discussed in detail. XIP\_ROM\_SIZE just refers to the
1739 fact that the failover code is eXecute In Place, i.e. not copied to RAM. Of course, the ROM part of normal/fallback is as well, so the usage of XIP here is somewhat confusing. Finally, the USE\_FAILOVER\_IMAGE variable is set, which changes code compilation in a few places. If we just consider non-mainbard files, there are:
1740 \begin{verbatim}
1741 src/cpu/amd/car/cache_as_ram.inc
1742 src/arch/i386/Config.lb
1743 \end{verbatim}
1744 For the cache\_as\_ram.inc file, the changes relate to the fact that failover code sets up CAR, so that fallback code need not.
1745
1746 For the Config.lb, several aspects of build change.
1747 When USE\_FAILOVER\_IMAGE, entry into both normal and fallback bios images is via a 32-bit entry point (when not defined, entry into fallback is a 16-entry point at the power-on reset vector).
1748 \subsubsection{layout}
1749 Failover.c becomes the new bootblock at the top of memory. It calls either normal or fallback. The address of normal and fallback is determined by ldscript magic.
1750 \subsubsection{boot sequence}
1751 failover.c tests a few variables and the calls the normal or fallback payload depending on those variables; usually they are CMOS settings.
1752 \subsection{Proposed new image forat}
1753 The new image format will use seperate compilation -- no C code included! -- on all files.
1754
1755 The new design has a few key goals:
1756 \begin{itemize}
1757 \item Always use a bootblock (currently called failover).
1758 The name failover.c, being utterly obscure, will not be used; instead, we will name the file bootblock.c. Instead of having a different copy for each mainboard, we can have just one copy.
1759 \item Always use seperate compilation
1760 \item Always use printk etc. in the ROM code
1761 \item (longer term) from the bootblock, always use cbfs to locate the normal/fallback etc. code. This code will be XIP.
1762 \end{itemize}
1763
1764 \subsubsection{How it is built}
1765 For now, since we are still using the config tool, we'll need a new command: bootblockobject, which creates a list of files to be included in the bootblock.   Not a lot else will have to change. We are going to move to using the v3 CAR code assembly code (one or two files at most, instead of many) and, instead of the thicket of little ldscript files, one ldscript file. This strategy is subject to modification as events dictate.
1766 \subsubsection{layout}
1767 Almost the same, for now, as the current failover code.
1768 \subsubsection{boot sequence}
1769 %
1770 % 14 Glossary
1771 %
1772
1773 \section{Glossary}
1774 \begin{itemize}
1775 \item payload
1776
1777 coreboot only cares about low level machine initialization, but also has
1778 very simple mechanisms to boot a file either from FLASHROM or IDE. That
1779 file, possibly a Linux Kernel, a boot loader or Etherboot, are called
1780 payload, since it is the first software executed that does not cope with
1781 pure initialization.
1782
1783 \item flash device
1784
1785 Flash devices are commonly used in all different computers since unlike
1786 ROMs they can be electronically erased and reprogrammed.
1787 \end{itemize}
1788
1789 \newpage
1790
1791 %
1792 % 14 Bibliography
1793 %
1794
1795 \section{Bibliography}
1796 \subsection{Additional Papers on coreboot}
1797
1798 \begin{itemize}
1799  \item
1800  \textit{\url{http://www.coreboot.org/Documentation}}
1801  \item
1802  \textit{\url{http://www.lysator.liu.se/upplysning/fa/linuxbios.pdf}}
1803  \item
1804  \textit{\url{http://portal.acm.org/citation.cfm?id=512627}}
1805 \end{itemize}
1806
1807 \subsection {Links}
1808
1809 \begin{itemize}
1810  \item Etherboot: \textit{\url{http://www.etherboot.org/}}
1811  \item Filo: \textit{\url{http://www.coreboot.org/FILO}}
1812  \item OpenBIOS: \textit{\url{http://www.openbios.org/}}
1813 \end{itemize}
1814
1815 \end{document}