Fastbootd实现原理分析
前言
fastboot是一种用于Android设备上的刷机协议,便于系统开发者快速烧录系统。随着AOSP的发展,谷歌在Android Q版本引入了super动态分区功能,实现system、vendor和product等分区大小的灵活配置,避免了系统升级带来频繁修改分区表的问题。同时引入了手机端侧fastboot模式实现super分区的擦写,之前版本的fastboot刷写功能通常实现在bootloader模式(一般由SOC厂家提供原始实现),新引入的fastboot模式实现在recovery系统中集成了fastbootd二进制程序,在recovery系统中可复用系统的usb、网络等驱动,降低了开发难度,具有更好的可移植性(目前各个厂家的bootloader方案各有不同),一定程度降低了厂家的工作量。
一、源码&编译
源码路径
手机端fastbootd源码路径:system/core/fastboot/device
Host端fastboot源码路径:system/core/fastboot
在system/core/fastboot目录下mm即可编译生成fastbootd和Host端使用的fastboot工具。
二、fastboot模式启动过程
启动流程图
adb/bootloader模式下reboot-fastboot。
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/14a1f747600928f7da5ba58035e72732.png?imageView2/2/w/1620)
相关代码
- 执行adbreboot-fastboot
adb新增对命令reboot-fastboot的支持。
system/core/adb/daemon/services.cpp
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/b75f459a2038b133a87cf40c1c04ebbc.png?imageView2/2/w/1620)
- 设置属性sys.powerctl=fastboot
调用reboot命令设置属性sys.powerctl=fastboot,触发init进程执行action::powerctl。
system/core/reboot/reboot.c
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/bbf3280a47326621e66a86be5f9903fb.png?imageView2/2/w/1620)
init.rc1
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/4123017a2e93fbfcaf73409cead69cb1.png?imageView2/2/w/1620)
- 写入bootloader_message后重启
init进程将reboot-reason写入bootloader_message后重启系统。
system/core/init/reboot.cpp
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/c6d71d3706889a24667def15713ae71f.png?imageView2/2/w/1620)
- 重启后进入recovery系统
重启进入recovery系统后,recovery程序读取bootloader_message,属性sys.usb.config先后设置为none和fastboot。
recovery_main.cpp
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/f01a515c32cab5fc4c4b234f65701b69.png?imageView2/2/w/1620)
- 启动fastbootd进程
init进程在属性sys.usb.config=none时清除usb的ffs配置,sys.usb.config=fastboot时配置usb的ffs为fastboot模式,生成fastboot对应的读写endpoint设备,用于和PC端的fastboot协议数据读写。
init.rc
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/50c14f3470ef42ccdfc65e14fdf7d9d9.png?imageView2/2/w/1620)
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/989eae8af89f74742db4a68703e48eaf.png?imageView2/2/w/1620)
- fastboot模式下fastbootreboot recovery可切换到recovery模式(启动adb,关闭fastbootd)而不需要重启。
- PC端fastboot从r28.0.1之后开始支持reboot-fastboot命令,adb从r28.0.2之后开始支持reboot-fastboot命令。
- fastbootd与recovery进程的关系和update_binary与recovery进程的关系类似,前者负责flash擦写逻辑的实现,后者负责UI的实现。
三、fastboot通信过程
fastboot协议 cmd:arg1......
例如reboot、flash:boot、erase:boot、oem:unlock、getvar:product、download:size等。
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/1674804fb896a716b030d5591450f6f1.png?imageView2/2/w/1620)
如上图所示,fastboot协议不仅可以通过usb实现,也可以通过网络的方式实现。
flash命令执行过程
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/30d5ff7a595238b4241570bd7a09e67b.png?imageView2/2/w/1620)
动态分区
在super分区头部存在metadata数据结构记录system、vendor、product等分区的位置和大小,结构如下图所示。
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/d8337b96841ffba5b5eaa7a11ed76d6d.png?imageView2/2/w/1620)
通常将boot、userdata、cache等称为物理分区,super分区中的system、vendor、product等称为逻辑分区。
fastbootd中支持create-logical-partition/delete-logical-partition/resize-logical-partition三个命令主动创建super分区上的逻辑分区。
fastboot delete-logical-partitionsystemfastboot create-logical-partitionsystem 1073741824
fastboot resize-logical-partition system 4294967296
fastboot flash system system.img
按照上述方式刷机成功后,重启进入Android系统,在init的first_stage阶段生成对应的dm设备并挂载:
main()->FirstStageMain() -->DoFirstStageMount()-->InitDevices()-->MountPartitions()-->CreateLogicalPartitions()-->CreateDevice()
init在first_stage阶段读取fstab配置
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/a34cebcb8fcd9af3dff009afd3570f1e.png?imageView2/2/w/1620)
依据fstab配置创建super的逻辑分区
![](https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-1233784/baab056775a0b5835464cfb158659105.png?imageView2/2/w/1620)
主要通过控制/dev/device-mapper,创建dm设备,加载super分区的metadata的table数据(分区的名字、偏移和大小等)传递给DeviceMapper驱动生产对应的/dev/dmX设备。具体的LinuxDeviceMapper实现机制,这里不详细介绍,请参见《DeviceMapper架构及在android上的应用》。
四、小结
目前用户空间的fastbootd作为fastboot协议中的服务端覆盖了所有fastboot原生命令,fastboot和recovery共享内核和库,基于usbgadget、block等linux驱动实现了协议通信和flash设备的读写等功能。对于OEM命令,Google也设计了对应OEMHAL(android.hardware.fastboot@1.0-service)兼容各自的私有命令,同时方便开发者在各个版本之间快速移植。基于用户空间下fastbootd的高可移植性、linux运行环境等特点,用户空间下的fastbootd可能会逐渐替代引导程序实现fastboot的方式,而引导程序只保留各自SOC的线刷功能。