Add constants for fast path resume copying
[coreboot.git] / documentation / cbfs.txt
1
2 Received: from www.crouse-house.com ([199.45.160.146]
3         for coreboot@coreboot.org; Fri, 19 Dec 2008 23:11:59 +0100
4 From: Jordan Crouse <jordan@cosmicpenguin.net>
5
6
7 Greetings.  I apologize for the incompleteness of what I am about to
8 discuss.  I was planning on working on it leisurely, but my employment
9 circumstances changed and I've been trying to get it completed in a
10 hurry before I had to leave it behind.
11
12 I've been thinking a lot about LAR lately, and ways to make it more
13 extensible and robust.  Marc and I have been trading ideas back and
14 forth for a number of months, and over time a clear idea of what I
15 wanted to do started to take shape.
16
17 My goal was to add small things to LAR while retaining the overall
18 scheme.  Over time, the scheme evolved slightly, but I think you'll find
19 that it remains true to the original idea.  Below is the beginnings of
20 an architecture document - I did it in text form, but if met with
21 aclaim, it should be wikified.  This presents what I call CBFS - the
22 next generation LAR for next generation Coreboot.  Its easier to
23 describe what it is by describing what changed:
24
25 A header has been added somewhere in the bootblock similar to Carl
26 Daniel's scheme.  In addition to the coreboot information, the header
27 reports the size of the ROM, the alignment of the blocks, and the offset
28 of the first component in the CBFS.   The master header provides all
29 the information LAR needs plus the magic number information flashrom needs.
30
31 Each "file" (or component, as I style them) now has a type associated
32 with it. The type is used by coreboot to identify the type of file that
33 it is loading, and it can also be used by payloads to group items in the
34 CBFS by type (i.e - bayou can ask for all components that are payloads).
35
36 The header on each "file" (or component, as I like to style them) has
37 been simplified - We now only store the length, the type, the checksum,
38 and the offset to the data.  The name scheme remains the same.  The
39 addtional information, which is component specific, has been moved to
40 the component itself (see below).
41
42 The components are arranged in the ROM aligned along the specified
43 alignment from the master header - this is to facilitate partial re-write.
44
45 Other then that, the LAR ideas remain pretty much the same.
46
47 The plan for moving the metadata to the components is to allow many
48 different kinds of components, not all of which are groked by coreboot.
49   However, there are three essential component types that are groked by
50 coreboot, and they are defined:
51
52 stage - the stage is being parsed from the original ELF, and stored in
53 the ROM as a single blob of binary data.  The load address, start
54 address, compression type and length are stored in the component sub-header.
55
56 payload - this is essentially SELF in different clothing - same idea as
57 SELF, with the sub-header as above.
58
59 optionrom - This is in flux - right now, the optionrom is stored
60 unadulterated and uncompressed, but that is likely to be changed.
61
62 Following this email are two replies containing the v3 code and a new
63 ROM tool to implement this respectively.  I told you that I was trying
64 to get this out before I disappear, and I'm not kidding - the code is
65 compile tested and not run-tested.  I hope that somebody will embrace
66 this code and take it the rest of the way, otherwise it will die a
67 pretty short death.
68
69 I realize that this will start an awesome flamewar, and I'm looking
70 forward to it.  Thanks for listening to me over the years - and good
71 luck with coreboot.  When you all make a million dollars, send me a few
72 bucks, will you?
73
74 Jordan
75
76 Coreboot CBFS Specification
77 Jordan Crouse <jordan@cosmicpenguin.net>
78
79 = Introduction =
80
81 This document describes the coreboot CBFS specification (from here
82 referred to as CBFS).  CBFS is a scheme for managing independent chunks
83 of data in a system ROM.  Though not a true filesystem, the style and
84 concepts are similar.
85
86
87 = Architecture =
88
89 The CBFS architecture looks like the following:
90
91 /---------------\ <-- Start of ROM
92 | /-----------\ | --|
93 | | Header    | |   |
94 | |-----------| |   |
95 | | Name      | |   |-- Component
96 | |-----------| |   |
97 | |Data       | |   |
98 | |..         | |   |
99 | \-----------/ | --|
100 |               |
101 | /-----------\ |
102 | | Header    | |
103 | |-----------| |
104 | | Name      | |
105 | |-----------| |
106 | |Data       | |
107 | |..         | |
108 | \-----------/ |
109 |               |
110 | ...           |
111 | /-----------\ |
112 | |           | |
113 | | Bootblock | |
114 | | --------- | |
115 | | Reset     | | <- 0xFFFFFFF0
116 | \-----------/ |
117 \---------------/
118
119
120 The CBFS architecture consists of a binary associated with a physical
121 ROM disk referred hereafter as the ROM. A number of independent of
122 components, each with a  header prepended on to data are located within
123 the ROM.  The components are nominally arranged sequentially, though they
124 are aligned along a pre-defined boundary.
125
126 The bootblock occupies the last 20k of the ROM.  Within
127 the bootblock is a master header containing information about the ROM
128 including the size, alignment of the components, and the offset of the
129 start of the first CBFS component within the ROM.
130
131 = Master Header =
132
133 The master header contains essential information about the ROM that is
134 used by both the CBFS implementation within coreboot at runtime as well
135 as host based utilities to create and manage the ROM.  The master header
136 will be located somewhere within the bootblock (last 20k of the ROM).  A
137 pointer to the location of the header will be located at offset
138 -4 from the end of the ROM.  This translates to address 0xFFFFFFFC on a
139 normal x86 system.  The pointer will be to physical memory somewhere
140 between - 0xFFFFB000 and 0xFFFFFFF0.  This makes it easier for coreboot
141 to locate the header at run time.  Build time utilities will
142 need to read the pointer and do the appropriate math to locate the header.
143
144 The following is the structure of the master header:
145
146 struct cbfs_header {
147         unsigned int magic;
148         unsigned int size;
149         unsigned int align;
150         unsigned int offset;
151 };
152
153 The meaning of each member is as follows:
154
155 'magic' is a 32 bit number that identifies the ROM as a CBFS type.  The
156 magic
157 number is 0x4F524243, which is 'ORBC' in ASCII.
158
159 'size' is the size of the ROM in bytes.  Coreboot will subtract 'size' from
160 0xFFFFFFFF to locate the beginning of the ROM in memory.
161
162 'align' is the number of bytes that each component is aligned to within the
163 ROM.  This is used to make sure that each component is aligned correctly
164 with
165 regards to the erase block sizes on the ROM - allowing one to replace a
166 component at runtime without disturbing the others.
167
168 'offset' is the offset of the the first CBFS component (from the start of
169 the ROM).  This is to allow for arbitrary space to be left at the beginning
170 of the ROM for things like embedded controller firmware.
171
172 = Bootblock =
173 The bootblock is a mandatory component in the ROM.  It is located in the
174 last
175 20k of the ROM space, and contains, among other things, the location of the
176 master header and the entry point for the loader firmware.  The bootblock
177 does not have a component header attached to it.
178
179 = Components =
180
181 CBFS components are placed in the ROM starting at 'offset' specified in
182 the master header and ending at the bootblock.  Thus the total size
183 available
184 for components in the ROM is (ROM size - 20k - 'offset').  Each CBFS
185 component is to be aligned according to the 'align' value in the header.
186 Thus, if a component of size 1052 is located at offset 0 with an 'align'
187 value
188 of 1024, the next component will be located at offset 2048.
189
190 Each CBFS component will be indexed with a unique ASCII string name of
191 unlimited size.
192
193 Each CBFS component starts with a header:
194
195 struct cbfs_file {
196          char magic[8];
197          unsigned int len;
198          unsigned int type;
199          unsigned int checksum;
200          unsigned int offset;
201 };
202
203 'magic' is a magic value used to identify the header.  During runtime,
204 coreboot will scan the ROM looking for this value.  The default magic is
205 the string 'LARCHIVE'.
206
207 'len' is the length of the data, not including the size of the header and
208 the size of the name.
209
210 'type' is a 32 bit number indicating the type of data that is attached.
211 The data type is used in a number of ways, as detailed in the section
212 below.
213
214 'checksum' is a 32bit checksum of the entire component, including the
215 header and name.
216
217 'offset' is the start of the component data, based off the start of the
218 header.
219 The difference between the size of the header and offset is the size of the
220 component name.
221
222 Immediately following the header will be the name of the component,
223 which will
224 null terminated and 16 byte aligned.   The following picture shows the
225 structure of the header:
226
227 /--------\  <- start
228 | Header |
229 |--------|  <- sizeof(struct cbfs_file)
230 | Name   |
231 |--------|  <- 'offset'
232 | Data   |
233 | ...    |
234 \--------/  <- start + 'offset' + 'len'
235
236 == Searching Alogrithm ==
237
238 To locate a specific component in the ROM, one starts at the 'offset'
239 specified in the CBFS master header.  For this example, the offset will
240 be 0.
241
242  From that offset, the code should search for the magic string on the
243 component, jumping 'align' bytes each time.  So, assuming that 'align' is
244 16, the code will search for the string 'LARCHIVE' at offset 0, 16, 32, etc.
245 If the offset ever exceeds the allowable range for CBFS components, then no
246 component was found.
247
248 Upon recognizing a component, the software then has to search for the
249 specific name of the component.  This is accomplished by comparing the
250 desired name with the string on the component located at
251 offset + sizeof(struct cbfs_file).  If the string matches, then the
252 component
253 has been located, otherwise the software should add 'offset' + 'len' to
254 the offset and resume the search for the magic value.
255
256 == Data Types ==
257
258 The 'type' member of struct cbfs_file is used to identify the content
259 of the component data, and is used by coreboot and other
260 run-time entities to make decisions about how to handle the data.
261
262 There are three component types that are essential to coreboot, and so
263 are defined here.
264
265 === Stages ===
266
267 Stages are code loaded by coreboot during the boot process.  They are
268 essential to a successful boot.   Stages are comprised of a single blob
269 of binary data that is to be loaded into a particular location in memory
270 and executed.   The uncompressed header contains information about how
271 large the data is, and where it should be placed, and what additional memory
272 needs to be cleared.
273
274 Stages are assigned a component value of 0x10.  When coreboot sees this
275 component type, it knows that it should pass the data to a sub-function
276 that will process the stage.
277
278 The following is the format of a stage component:
279
280 /--------\
281 | Header |
282 |--------|
283 | Binary |
284 | ..     |
285 \--------/
286
287 The header is defined as:
288
289 struct cbfs_stage {
290          unsigned int compression;
291          unsigned long long entry;
292          unsigned long long load;
293          unsigned int len;
294          unsigned int memlen;
295 };
296
297 'compression' is an integer defining how the data is compressed.  There
298 are three compression types defined by this version of the standard:
299 none (0x0), lzma (0x1), and nrv2b (0x02), though additional types may be
300 added assuming that coreboot understands how to handle the scheme.
301
302 'entry' is a 64 bit value indicating the location where  the program
303 counter should jump following the loading of the stage.  This should be
304 an absolute physical memory address.
305
306 'load' is a 64 bit value indicating where the subsequent data should be
307 loaded.  This should be an absolute physical memory address.
308
309 'len' is the length of the compressed data in the component.
310
311 'memlen' is the amount of memory that will be used by the component when
312 it is loaded.
313
314 The component data will start immediately following the header.
315
316 When coreboot loads a stage, it will first zero the memory from 'load' to
317 'memlen'.  It will then decompress the component data according to the
318 specified scheme and place it in memory starting at 'load'.  Following that,
319 it will jump execution to the address specified by 'entry'.
320 Some components are designed to execute directly from the ROM - coreboot
321 knows which components must do that and will act accordingly.
322
323 === Payloads ===
324
325 Payloads are loaded by coreboot following the boot process.
326
327 Stages are assigned a component value of 0x20.  When coreboot sees this
328 component type, it knows that it should pass the data to a sub-function
329 that will process the payload.  Furthermore, other run time
330 applications such as 'bayou' may easily index all available payloads
331 on the system by searching for the payload type.
332
333
334 The following is the format of a stage component:
335
336 /-----------\
337 | Header    |
338 | Segment 1 |
339 | Segment 2 |
340 | ...       |
341 |-----------|
342 | Binary    |
343 | ..        |
344 \-----------/
345
346 The header is as follows:
347
348 struct cbfs_payload {
349          struct cbfs_payload_segment segments;
350 }
351
352 The header contains a number of segments corresponding to the segments
353 that need to be loaded for the payload.
354
355 The following is the structure of each segment header:
356
357 struct cbfs_payload_segment {
358          unsigned int type;
359          unsigned int compression;
360          unsigned int offset;
361          unsigned long long load_addr;
362          unsigned int len;
363          unsigned int mem_len;
364 };
365
366 'type' is the type of segment, one of the following:
367
368 PAYLOAD_SEGMENT_CODE   0x45444F43   The segment contains executable code
369 PAYLOAD_SEGMENT_DATA   0x41544144   The segment contains data
370 PAYLOAD_SEGMENT_BSS    0x20535342   The memory speicfied by the segment
371                                      should be zeroed
372 PAYLOAD_SEGMENT_PARAMS 0x41524150   The segment contains information for
373                                      the payload
374 PAYLOAD_SEGMENT_ENTRY  0x52544E45   The segment contains the entry point
375                                     for the payload
376
377 'compression' is the compression scheme for the segment.  Each segment can
378 be independently compressed. There are three compression types defined by
379 this version of the standard: none (0x0), lzma (0x1), and nrv2b (0x02),
380 though additional types may be added assuming that coreboot understands
381 how to handle the scheme.
382
383 'offset' is the address of the data within the component, starting from
384 the component header.
385
386 'load_addr' is a 64 bit value indicating where the segment should be placed
387 in memory.
388
389 'len' is a 32 bit value indicating the size of the segment within the
390 component.
391
392 'mem_len' is the size of the data when it is placed into memory.
393
394 The data will located immediately following the last segment.
395
396 === Option ROMS ===
397
398 The third specified component type will be Option ROMs.  Option ROMS will
399 have component type '0x30'.  They will have no additional header, the
400 uncompressed binary data will be located in the data portion of the
401 component.
402
403 === NULL ===
404
405 There is a 4th component type ,defined as NULL (0xFFFFFFFF).  This is
406 the "don't care" component type.  This can be used when the component
407 type is not necessary (such as when the name of the component is unique.
408 i.e. option_table).  It is recommended that all components be assigned a
409 unique type, but NULL can be used when the type does not matter.