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：mediatekplatformmt6752preloadersrccoredownload.c定义。1.3.6 具体的代码分析过程代码位置：mediatekplatformmt6752preloadersrccoremain.c代码位置：mediatekplatformmt6752preloadersrccorehandshake_usb.c代码位置：mediatekplatformmt6752preloadersrcsrcdriversusbtty.c