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|  * (C) Copyright 2014 Red Hat Inc. | 
|  * Copyright (c) 2014-2015, NVIDIA CORPORATION.  All rights reserved. | 
|  * Copyright (C) 2015 K. Merker <merker@debian.org> | 
|  * | 
|  * SPDX-License-Identifier:     GPL-2.0+ | 
|  */ | 
|   | 
| Generic Distro Configuration Concept | 
| ==================================== | 
|   | 
| Linux distributions are faced with supporting a variety of boot mechanisms, | 
| environments or bootloaders (PC BIOS, EFI, U-Boot, Barebox, ...). This makes | 
| life complicated. Worse, bootloaders such as U-Boot have a configurable set | 
| of features, and each board chooses to enable a different set of features. | 
| Hence, distros typically need to have board-specific knowledge in order to | 
| set up a bootable system. | 
|   | 
| This document defines a common set of U-Boot features that are required for | 
| a distro to support the board in a generic fashion. Any board wishing to | 
| allow distros to install and boot in an out-of-the-box fashion should enable | 
| all these features. Linux distros can then create a single set of boot | 
| support/install logic that targets these features. This will allow distros | 
| to install on many boards without the need for board-specific logic. | 
|   | 
| In fact, some of these features can be implemented by any bootloader, thus | 
| decoupling distro install/boot logic from any knowledge of the bootloader. | 
|   | 
| This model assumes that boards will load boot configuration files from a | 
| regular storage mechanism (eMMC, SD card, USB Disk, SATA disk, etc.) with | 
| a standard partitioning scheme (MBR, GPT). Boards that cannot support this | 
| storage model are outside the scope of this document, and may still need | 
| board-specific installer/boot-configuration support in a distro. | 
|   | 
| To some extent, this model assumes that a board has a separate boot flash | 
| that contains U-Boot, and that the user has somehow installed U-Boot to this | 
| flash before running the distro installer. Even on boards that do not conform | 
| to this aspect of the model, the extent of the board-specific support in the | 
| distro installer logic would be to install a board-specific U-Boot package to | 
| the boot partition during installation. This distro-supplied U-Boot can still | 
| implement the same features as on any other board, and hence the distro's boot | 
| configuration file generation logic can still be board-agnostic. | 
|   | 
| Locating Bootable Disks | 
| ----------------------- | 
|   | 
| Typical desktop/server PCs search all (or a user-defined subset of) attached | 
| storage devices for a bootable partition, then load the bootloader or boot | 
| configuration files from there. A U-Boot board port that enables the features | 
| mentioned in this document will search for boot configuration files in the | 
| same way. | 
|   | 
| Thus, distros do not need to manipulate any kind of bootloader-specific | 
| configuration data to indicate which storage device the system should boot | 
| from. | 
|   | 
| Distros simply need to install the boot configuration files (see next | 
| section) in an ext2/3/4 or FAT partition, mark the partition bootable (via | 
| the MBR bootable flag, or GPT legacy_bios_bootable attribute), and U-Boot (or | 
| any other bootloader) will find those boot files and execute them. This is | 
| conceptually identical to creating a grub2 configuration file on a desktop | 
| PC. | 
|   | 
| Note that in the absence of any partition that is explicitly marked bootable, | 
| U-Boot falls back to searching the first valid partition of a disk for boot | 
| configuration files. Other bootloaders are recommended to do the same, since | 
| I believe that partition table bootable flags aren't so commonly used outside | 
| the realm of x86 PCs. | 
|   | 
| U-Boot can also search for boot configuration files from a TFTP server. | 
|   | 
| Boot Configuration Files | 
| ------------------------ | 
|   | 
| The standard format for boot configuration files is that of extlinux.conf, as | 
| handled by U-Boot's "syslinux" (disk) or "pxe boot" (network). This is roughly | 
| as specified at: | 
|   | 
| http://www.freedesktop.org/wiki/Specifications/BootLoaderSpec/ | 
|   | 
| ... with the exceptions that the BootLoaderSpec document: | 
|   | 
| * Prescribes a separate configuration per boot menu option, whereas U-Boot | 
|   lumps all options into a single extlinux.conf file. Hence, U-Boot searches | 
|   for /extlinux/extlinux.conf then /boot/extlinux/extlinux.conf on disk, or | 
|   pxelinux.cfg/default over the network. | 
|   | 
| * Does not document the fdtdir option, which automatically selects the DTB to | 
|   pass to the kernel. | 
|   | 
| One example extlinux.conf generated by the Fedora installer is: | 
|   | 
| ------------------------------------------------------------ | 
| # extlinux.conf generated by anaconda | 
|   | 
| ui menu.c32 | 
|   | 
| menu autoboot Welcome to Fedora. Automatic boot in # second{,s}. Press a key for options. | 
| menu title Fedora Boot Options. | 
| menu hidden | 
|   | 
| timeout 50 | 
| #totaltimeout 9000 | 
|   | 
| default Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide) | 
|   | 
| label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl) 22 (Rawhide) | 
|     kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl | 
|     append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf | 
|     fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl | 
|     initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl.img | 
|   | 
| label Fedora (3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae) 22 (Rawhide) | 
|     kernel /boot/vmlinuz-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae | 
|     append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 LANG=en_US.UTF-8 drm.debug=0xf | 
|     fdtdir /boot/dtb-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae | 
|     initrd /boot/initramfs-3.17.0-0.rc4.git2.1.fc22.armv7hl+lpae.img | 
|   | 
| label Fedora-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc (0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc) | 
|     kernel /boot/vmlinuz-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc | 
|     initrd /boot/initramfs-0-rescue-8f6ba7b039524e0eb957d2c9203f04bc.img | 
|     append ro root=UUID=8eac677f-8ea8-4270-8479-d5ddbb797450 console=ttyS0,115200n8 | 
|     fdtdir /boot/dtb-3.16.0-0.rc6.git1.1.fc22.armv7hl+lpae | 
| ------------------------------------------------------------ | 
|   | 
| Another hand-crafted network boot configuration file is: | 
|   | 
| ------------------------------------------------------------ | 
| TIMEOUT 100 | 
|   | 
| MENU TITLE TFTP boot options | 
|   | 
| LABEL jetson-tk1-emmc | 
|         MENU LABEL ../zImage root on Jetson TK1 eMMC | 
|         LINUX ../zImage | 
|         FDTDIR ../ | 
|         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=80a5a8e9-c744-491a-93c1-4f4194fd690b | 
|   | 
| LABEL venice2-emmc | 
|         MENU LABEL ../zImage root on Venice2 eMMC | 
|         LINUX ../zImage | 
|         FDTDIR ../ | 
|         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=5f71e06f-be08-48ed-b1ef-ee4800cc860f | 
|   | 
| LABEL sdcard | 
|         MENU LABEL ../zImage, root on 2GB sdcard | 
|         LINUX ../zImage | 
|         FDTDIR ../ | 
|         APPEND console=ttyS0,115200n8 console=tty1 loglevel=8 rootwait rw earlyprintk root=PARTUUID=b2f82cda-2535-4779-b467-094a210fbae7 | 
|   | 
| LABEL fedora-installer-fk | 
|         MENU LABEL Fedora installer w/ Fedora kernel | 
|         LINUX fedora-installer/vmlinuz | 
|         INITRD fedora-installer/initrd.img.orig | 
|         FDTDIR fedora-installer/dtb | 
|         APPEND loglevel=8 ip=dhcp inst.repo=http://10.0.0.2/mirrors/fedora/linux/development/rawhide/armhfp/os/ rd.shell cma=64M | 
| ------------------------------------------------------------ | 
|   | 
| U-Boot Implementation | 
| ===================== | 
|   | 
| Enabling the distro options | 
| --------------------------- | 
|   | 
| In your board's defconfig, enable the DISTRO_DEFAULTS option by adding | 
| a line with "CONFIG_DISTRO_DEFAULTS=y". If you want to enable this | 
| from Kconfig itself, for e.g. all boards using a specific SoC then | 
| add a "default y if ARCH_FOO" to the DISTRO_DEFAULTS section of | 
| the Kconfig file in the root of the u-boot sources. | 
|   | 
| In your board configuration file, include the following: | 
|   | 
| ------------------------------------------------------------ | 
| #ifndef CONFIG_SPL_BUILD | 
| #include <config_distro_defaults.h> | 
| #include <config_distro_bootcmd.h> | 
| #endif | 
| ------------------------------------------------------------ | 
|   | 
| The first of those headers primarily enables a core set of U-Boot features, | 
| such as support for MBR and GPT partitions, ext* and FAT filesystems, booting | 
| raw zImage and initrd (rather than FIT- or uImage-wrapped files), etc. Network | 
| boot support is also enabled here, which is useful in order to boot distro | 
| installers given that distros do not commonly distribute bootable install | 
| media for non-PC targets at present. | 
|   | 
| Finally, a few options that are mostly relevant only when using U-Boot- | 
| specific boot.scr scripts are enabled. This enables distros to generate a | 
| U-Boot-specific boot.scr script rather than extlinux.conf as the boot | 
| configuration file. While doing so is fully supported, and | 
| <config_distro_defaults.h> exposes enough parameterization to boot.scr to | 
| allow for board-agnostic boot.scr content, this document recommends that | 
| distros generate extlinux.conf rather than boot.scr. extlinux.conf is intended | 
| to work across multiple bootloaders, whereas boot.scr will only work with | 
| U-Boot. TODO: document the contract between U-Boot and boot.scr re: which | 
| environment variables a generic boot.scr may rely upon. | 
|   | 
| The second of those headers sets up the default environment so that $bootcmd | 
| is defined in a way that searches attached disks for boot configuration files, | 
| and executes them if found. | 
|   | 
| Required Environment Variables | 
| ------------------------------ | 
|   | 
| The U-Boot "syslinux" and "pxe boot" commands require a number of environment | 
| variables be set. Default values for these variables are often hard-coded into | 
| CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS in the board's U-Boot configuration file, so that | 
| the user doesn't have to configure them. | 
|   | 
| fdt_addr: | 
|   | 
|   Mandatory for any system that provides the DTB in HW (e.g. ROM) and wishes | 
|   to pass that DTB to Linux, rather than loading a DTB from the boot | 
|   filesystem. Prohibited for any other system. | 
|   | 
|   If specified a DTB to boot the system must be available at the given | 
|   address. | 
|   | 
| fdt_addr_r: | 
|   | 
|   Mandatory. The location in RAM where the DTB will be loaded or copied to when | 
|   processing the fdtdir/devicetreedir or fdt/devicetree options in | 
|   extlinux.conf. | 
|   | 
|   This is mandatory even when fdt_addr is provided, since extlinux.conf must | 
|   always be able to provide a DTB which overrides any copy provided by the HW. | 
|   | 
|   A size of 1MB for the FDT/DTB seems reasonable. | 
|   | 
| ramdisk_addr_r: | 
|   | 
|   Mandatory. The location in RAM where the initial ramdisk will be loaded to | 
|   when processing the initrd option in extlinux.conf. | 
|   | 
|   It is recommended that this location be highest in RAM out of fdt_addr_, | 
|   kernel_addr_r, and ramdisk_addr_r, so that the RAM disk can vary in size | 
|   and use any available RAM. | 
|   | 
| kernel_addr_r: | 
|   | 
|   Mandatory. The location in RAM where the kernel will be loaded to when | 
|   processing the kernel option in the extlinux.conf. | 
|   | 
|   The kernel should be located within the first 128M of RAM in order for the | 
|   kernel CONFIG_AUTO_ZRELADDR option to work, which is likely enabled on any | 
|   distro kernel. Since the kernel will decompress itself to 0x8000 after the | 
|   start of RAM, kernel_addr_r should not overlap that area, or the kernel will | 
|   have to copy itself somewhere else first before decompression. | 
|   | 
|   A size of 16MB for the kernel is likely adequate. | 
|   | 
| pxefile_addr_r: | 
|   | 
|   Mandatory. The location in RAM where extlinux.conf will be loaded to prior | 
|   to processing. | 
|   | 
|   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate. | 
|   | 
| scriptaddr: | 
|   | 
|   Mandatory, if the boot script is boot.scr rather than extlinux.conf. The | 
|   location in RAM where boot.scr will be loaded to prior to execution. | 
|   | 
|   A size of 1MB for extlinux.conf is more than adequate. | 
|   | 
| For suggestions on memory locations for ARM systems, you must follow the | 
| guidelines specified in Documentation/arm/Booting in the Linux kernel tree. | 
|   | 
| For a commented example of setting these values, please see the definition of | 
| MEM_LAYOUT_ENV_SETTINGS in include/configs/tegra124-common.h. | 
|   | 
| Boot Target Configuration | 
| ------------------------- | 
|   | 
| <config_distro_bootcmd.h> defines $bootcmd and many helper command variables | 
| that automatically search attached disks for boot configuration files and | 
| execute them. Boards must provide configure <config_distro_bootcmd.h> so that | 
| it supports the correct set of possible boot device types. To provide this | 
| configuration, simply define macro BOOT_TARGET_DEVICES prior to including | 
| <config_distro_bootcmd.h>. For example: | 
|   | 
| ------------------------------------------------------------ | 
| #ifndef CONFIG_SPL_BUILD | 
| #define BOOT_TARGET_DEVICES(func) \ | 
|         func(MMC, mmc, 1) \ | 
|         func(MMC, mmc, 0) \ | 
|         func(USB, usb, 0) \ | 
|         func(PXE, pxe, na) \ | 
|         func(DHCP, dhcp, na) | 
| #include <config_distro_bootcmd.h> | 
| #endif | 
| ------------------------------------------------------------ | 
|   | 
| Each entry in the macro defines a single boot device (e.g. a specific eMMC | 
| device or SD card) or type of boot device (e.g. USB disk). The parameters to | 
| the func macro (passed in by the internal implementation of the header) are: | 
|   | 
| - Upper-case disk type (MMC, SATA, SCSI, IDE, USB, DHCP, PXE). | 
| - Lower-case disk type (same options as above). | 
| - ID of the specific disk (MMC only) or ignored for other types. | 
|   | 
| User Configuration | 
| ================== | 
|   | 
| Once the user has installed U-Boot, it is expected that the environment will | 
| be reset to the default values in order to enable $bootcmd and friends, as set | 
| up by <config_distro_bootcmd.h>. After this, various environment variables may | 
| be altered to influence the boot process: | 
|   | 
| boot_targets: | 
|   | 
|   The list of boot locations searched. | 
|   | 
|   Example: mmc0, mmc1, usb, pxe | 
|   | 
|   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the boot order. | 
|   | 
| boot_prefixes: | 
|   | 
|   For disk-based booting, the list of directories within a partition that are | 
|   searched for boot configuration files (extlinux.conf, boot.scr). | 
|   | 
|   Example: / /boot/ | 
|   | 
|   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of | 
|   directories which are searched. | 
|   | 
| boot_scripts: | 
|   | 
|   The name of U-Boot style boot.scr files that $bootcmd searches for. | 
|   | 
|   Example: boot.scr.uimg boot.scr | 
|   | 
|   (Typically we expect extlinux.conf to be used, but execution of boot.scr is | 
|   maintained for backwards-compatibility.) | 
|   | 
|   Entries may be removed or re-ordered in this list to affect the set of | 
|   filenames which are supported. | 
|   | 
| scan_dev_for_extlinux: | 
|   | 
|   If you want to disable extlinux.conf on all disks, set the value to something | 
|   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_extlinux true. | 
|   | 
| scan_dev_for_scripts: | 
|   | 
|   If you want to disable boot.scr on all disks, set the value to something | 
|   innocuous, e.g. setenv scan_dev_for_scripts true. | 
|   | 
| boot_net_usb_start: | 
|   | 
|   If you want to prevent USB enumeration by distro boot commands which execute | 
|   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv | 
|   boot_net_usb_start true. This would be useful if you know your Ethernet | 
|   device is not attached to USB, and you wish to increase boot speed by | 
|   avoiding unnecessary actions. | 
|   | 
| boot_net_pci_enum: | 
|   | 
|   If you want to prevent PCI enumeration by distro boot commands which execute | 
|   network operations, set the value to something innocuous, e.g. setenv | 
|   boot_net_pci_enum true. This would be useful if you know your Ethernet | 
|   device is not attached to PCI, and you wish to increase boot speed by | 
|   avoiding unnecessary actions. | 
|   | 
| Interactively booting from a specific device at the u-boot prompt | 
| ================================================================= | 
|   | 
| For interactively booting from a user-selected device at the u-boot command | 
| prompt, the environment provides predefined bootcmd_<target> variables for | 
| every target defined in boot_targets, which can be run be the user. | 
|   | 
| If the target is a storage device, the format of the target is always | 
| <device type><device number>, e.g. mmc0.  Specifying the device number is | 
| mandatory for storage devices, even if only support for a single instance | 
| of the storage device is actually implemented. | 
|   | 
| For network targets (dhcp, pxe), only the device type gets specified; | 
| they do not have a device number. | 
|   | 
| Examples: | 
|   | 
|  - run bootcmd_usb0 | 
|    boots from the first USB mass storage device | 
|   | 
|  - run bootcmd_mmc1 | 
|    boots from the second MMC device | 
|   | 
|  - run bootcmd_pxe | 
|    boots by tftp using a pxelinux.cfg | 
|   | 
| The list of possible targets consists of: | 
|   | 
| - network targets | 
|   * dhcp | 
|   * pxe | 
|   | 
| - storage targets (to which a device number must be appended) | 
|   * mmc | 
|   * sata | 
|   * scsi | 
|   * ide | 
|   * usb | 
|   | 
| Other *boot* variables than the ones defined above are only for internal use | 
| of the boot environment and are not guaranteed to exist or work in the same | 
| way in future u-boot versions.  In particular the <device type>_boot | 
| variables (e.g. mmc_boot, usb_boot) are a strictly internal implementation | 
| detail and must not be used as a public interface. |