基于MT6752的android系统启动流程分析报告

基于 MT6752 的 Android 系统启动流程分析报告1、Bootloader 引导 .22、Linux 内核启动 .233、Android 系统启动 .23报告人：日 期：2016.09.03对于 Android 整个启动过程来说，基本可以划分成三个阶段：Bootloader 引导、Linux kernel 启动、Android 启动。但根据芯片架构和平台的不同，在启动的 Bootloader 阶段会有所差异。本文以 MTK 的 MT6752 平台为例，分析一下基于该平台的 Android 系统启动流程。1、Bootloader 引导1.1、Bootloader 基本介绍BootLoader 是在操作系统运行之前运行的一段程序，它可以将系统的软硬件环境带到一个合适状态，为运行操作系统做好准备，目的就是引导 linux 操作系统及 Android 框架(framework)。它的主要功能包括设置处理器和内存的频率、调试信息端口、可引导的存储设备等等。在可执行环境创建好之后，接下来把 software 装载到内存并执行。除了装载 software，一个外部工具也能和 bootloader 握手(handshake) ，可指示设备进入不同的操作模式，比如USB 下载模式和 META 模式。就算没有外部工具的握手，通过外部任何组合或是客户自定义按键，bootloader 也能够进入这些模式。由于不同处理器芯片厂商对 arm core 的封装差异比较大，所以不同的 arm 处理器，对于上电引导都是由特定处理器芯片厂商自己开发的程序，这个上电引导程序通常比较简单，会初始化硬件，提供下载模式等，然后才会加载通常的 bootloader。下面是几个 arm 平台的 bootloader 方案：marvell(pxa935) : bootROM + OBM + BLOBinformax(im9815) : bootROM + barbox + U-bootmediatek(mt6517) : bootROM + pre-loader + U-bootbroadcom(bcm2157) : bootROM + boot1/boot2 + U-boot而对 MT6752 平台，MTK 对 bootloader 引导方案又进行了调整，它将 bootloader 分为以下两个部分： (1) 第 1 部分 bootloader，是 MTK 内部(in-house)的 pre-loader，这部分依赖平台。(2) 第 2 部分 bootloader，是 LK（little kernel 的缩写，作用同常见的 u-boot 差不多） ，这部分依赖操作系统，负责引导 linux 操作系统和 Android 框架。1.2、bootloader 的工作流程1.2.1 bootloader 正常的启动流程先来看启动流程图：正常启动的主要工作如下：(1) 设备上电后，Boot ROM 开始运行。(2) BootROM 初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。(3) BootROM 从存储器中加载 pre-loader 到内部 SRAM(ISRAM)中，因为这时候还没有初始化外部的 DRAM。(4) BootROM 跳转到 pre-loader 的入口处并执行。(5) Pre-loader 初始化 DRAM 和加载 U-Boot 到 RAM 中。(6) Pre-loader 跳转到 U-Boot 中并执行，然后 U-Boot 做一些初始化，比如显示的初始化等。(7) U-Boot 从存储器中加载引导镜像 (boot image)，包括 linux 内核和 ramdisk(Android 呢？)(8) U-Boot 跳转到 linux 内核并执行。1.2.2 bootloader 正常的下载流程先来看正常的下载流程图：正常的下载主要工作如下：(1) 设备上电后，Boot ROM 开始运行。(2) BootROM 初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。(3) BootROM 通过 UART/USB 和 flash 工具握手。(4) BootROM 通过 UART 下载 pre-loader 镜像到 NAND flash/EMMC 中，然后重启。(5) BootROM 加载 pre-loader 到内部 SRAM 汇总，因为 DRAM 还没有初始化。(6) BootROM 跳转到 pre-loader 并执行。(7) Pre-loader 初始化 DRAM 和通过 USB 与 flash 工具握手。(8) Pre-loader 通过 USB 下载其余镜像文件，比如 U-Boot、boot image、recovery image、android system image、user data 到 NAND FLASH/EMMC 中。1.2.3 Bootloader 备用的下载流程(emergency download procedure)(1) 设备上电后，Boot ROM 开始运行。(2) BootROM 初始化软件堆栈(software stack)、通信端口和可引导存储设备(比如NAND/EMMC)。(3) BootROM 在 emergency DL 按键按下后，通过 USB 和 flash 工具握手。(4) BootROM 通过 USB 把指定的镜像文件下载到 NAND FLASH/EMMC 中。1.3、Pre-loader 启动过程1.3.1 Pre-loader 的功能pre-loader 是 MTK 内置的 loader，它的主要功能如下：(1) 负责在芯片组平台(chipset platform)上准备好可执行的环境(2) 如果外部工具有效，它会试图通过 UART 或是 USB 来和外部工具握手。(3) 从 NAND/EMMC 加载 U-Boot，并跳转到 U-Boot。(4) 使用工具握手，设备能够触发进入下载模式来下载需要的镜像，或是进入工厂/ 测试模式，比如 META 模式和 ATE 工厂模式，在这些模式下可以测试模块，或是通过传递引导参数给 U-Boot 和 linux 内核来校准设备(device calibration)1.3.2 Pre-loader 中涉及的硬件部分当系统启动时，芯片组(chipset)内部的可引导 ROM 开始执行，并从可引导存储设备(NAND/EMMC 等等) 上拷贝 pre-loader。所以，需要通过初始化一些硬件模块来为软件创造必要的可执行环境(essential execution environment)，所有这些硬件模块在接下来描述。(1) PLL 模块1) PLL 模块用于调整处理器和外部内存的频率。2) 在 PLL 模块初始化后，处理器和外部内存的频率可由 26MHZ/26MHZ 增加到1GHZ/192MHZ。(2) UART 模块1) UART 模块用于调试或是 META 模式下的握手。2) 默认情况下，UART4 初始化波特率为 9216000bps 和用于调试信息的输出，UART1初始化为 115200bps 和作为 UART META 默认端口。但也可以使用 UART1 作为调试或是 UART META 端口。(3) 计时器(timer)模块这是个基本的模块，用来计算硬件模块所需要的延时或是超时时间。(4) 内存模块1) Pre-loader 由 boot ROM 加载和在芯片组内部的 SRAM 中执行，因为外部的 DRAM还没有初始化。2) 为了准备软件整个可执行环境，pre-loader 采用内置的内存设置来初始化DRAM(DRAM is initialized upon pre-loader built-inmemory settigns)。这样，U-Boot就能够被加载到 DRAM 中并执行。(5) GPIO 模块(6) PMIC 模块为了提供一些基本的硬件功能，比如控制外设电源，pre-loader 初始化上层模块(upper modules)。(7) RTC 模块1) 当通过 power 按键开机后，pre-loader 拉高 RTC 的 PWBB 来保持设备一直有电(keep the device alive)和继续引导 U-Boot。2) RTC 闹钟(alarm)有可能是设备开机的启动源，对于这种情况，设备部需要按 power按键就可自动启动。(8) USB 模块当 USB 线插入时，它初始化来和外部工具通信，比如用于升级系统的下载工具或是META 模式触发器的 META 工具。(9) NAND 模块(10) MSDC 模块Pre-loader 可以从 NAND flash 或是 EMMC 中加载 U-Boot，这两者只能选择其中一种来启动。1.3.3 Pre-loader 的过程(procedure)和流程(flow)1.3.4 pre-loader 的上电情景当检测到按下 power 按键或是 USB/充电线插入，pre-loader 调用rtc_bbpu_power_on()函数来锁存 RTC 的 PWBB 来保持设备的一直供电，这样就算是松开power 按键设备也不会关机。 函数位置在：mediatekplatformmt6752preloadersrcdriversrtc.c 文件第 681 行定义。1.3.5 下载过程(download procedure)Pre-loader 检查下面的条件：(1) 充电器已连接(charger is connected)(2) USB 已连接(3) Flash 工具的握手是否通过如果满足上面这几种要求，pre-loader 就会开始下载镜像。下载镜像的主函数 usbdl_handlerPre-loader 接收到从 flash 工具传递进来的“DOWNLOAD”字符串时，usbdl_handler 函数开始下载镜像：函数位置在：mediatekpl