Android系統升級那些事兒

摘要         本文首先介紹了Android系統更新要用到的一些概念：硬件、三種模式及相互之間的通信。然後介紹了Android系統的啟動和升級流程。   概述         通常，Android系統的升級包名稱為update.zip。Android系統內部自帶了燒寫升級包的工具，我們可以手動燒寫，也可以通過某些機制自動更新系統。同時，我們可以手動修改和制作升級包。本文主要闡述在Android系統升級中用到的一些概念，本文只是作為索引，並不涉及到具體的燒寫工作。本文基於Android系統的版本：4.0.4。   硬件         Android系統的燒寫，是非常貼近硬件的。一是，燒寫是在實實在在的硬件上操作的。二則，有時在翻閱源碼的時候，需要知道硬件的類型，以便找到和硬件相對應的源碼。         燒寫相關的硬件主要有三部分：CPU、內存和nand flash。當然，只是相對本文而言。CPU用來執行程序中的指令。內存只是在運行中，將需要運行的程序加載其中並運行，關機後即消失。nand flash用來存儲程序的數據，它會一直存在。系統啟動時，會將nand flash上的操作系統加載到內存，然後運行在CPU中，對於非系統程序，按需加載到內存中運行。了解這些，有助於了解整個燒寫的過程。         在板子上，可以通過下面的命令，查看CPU的信息： [plain]  cat /proc/cpuinfo             通過如下命令查看內存的信息： [plain]   cat /proc/meminfo             nand flash是需要分區的，每個分區中對應了Android系統燒寫包中不同的image，比如：boot、system分區等。可以通過如下命令來查看nand flash的分區情況： [plain]   cat /proc/mtd # 查看分區狀況             通常，nand flash包含了以下分區： 開機動畫：用於在開機或者升級過程中顯示在屏幕上的內容。 boot：用於Android系統的正常啟動 recovery：用於Android系統進入recovery模式下，參見本文後續介紹。 misc：用於保存BCB的內容，參見本文後續介紹。 system：對應於Android系統的正常模式下的/system目錄。 cache：用於不同模式之間的通信，參見本文後續介紹。 user-data：用於Android應用數據的存放。         nand flash上的分區可以按需要增減，這取決於不同的Android系統配置。不過它有可能在Android不同的模塊中都有定義。同時，這些分區的可能在Android不同的模塊中都有配置，比如：內核、bootloader。         通過下面的命令查看nand flash的總大小： [plain]   dmesg | grep NAND     三種模式         燒寫的過程中，需要在三種模式下互相切換。確切的說，應該是三個操作環境：bootloader、recovery和main system。         bootloader主要用來屏蔽硬件的差異，類似於PC中的BIOS，它的功能相對比較簡單，內部提供了一些命令，比如：可以將nand flash分區加載到內存、運行內存中的程序、操作SD卡等。Android中的booloader是uboot，位於源碼的uboot目錄下。         main system就是正常運行的Android操作系統，而recovery則是一個mini的Android系統，顧名思義，就是用來進行系統恢復相關的操作的，它的運行規則和main system一樣，只是，它在啟動時只加載recovery服務，此服務用於燒寫Android系統。         三者之間的關系如下圖所示：           系統先啟動到bootloader模式下，然後根據情況，啟動到recovery或者main system模式下。   bootloader         板子啟動時，在Putty控制台中按回車，可以進入uboot，輸入help可以查看其可用的命令。uboot的命令是可以自定義的，需要在uboot源碼中進行設置。uboot下可以使用fastboot命令，進入fastboot模式下，可以使用PC與之連接（此時，使用fastboot協議通信），進行Android系統的燒寫工作。         在uboot中，你可以更新uboot在內的所有系統模塊。   recovery         recovery系統包含了內核和類似於根文件系統兩部分，啟動時仍采用init進程和init.rc配置腳本，不同的是init.rc腳本比較簡單，system目錄中只存放了一些必備的工具。         recovery系統下，你能更新除uboot之外的所有Android系統模塊。         recovery模式下，只有一個recovery服務，該服務對應於recovery進程，源碼位置：bootable\recovery。   main system         main system是正常運行的Android系統。   通信         Android板子每個時刻只可以處於bootloader、recovery、main system其中的一個模式中，燒寫過程中，三個模式之間需要通信，比如：main system通知recovery燒寫那個升級包。大致有三種方式可以用來通信：BCB、寄存器和cache分區。   BCB         BCB (bootloader control block)可以用於main system傳遞數據給bootloader和recovery模式。BCB的內容存在於nand flash的一個獨立的分區，可以在nand flash分區表中看到，分區的名稱為misc。         通過BCB，main system可以通知bootloader啟動到recovery模式下，同時也可以傳遞命令給recovery，比如燒寫哪個文件。         recovery在燒寫的過程中，會設置BCB，以確保燒寫成功前，一直會開機啟動到recovery模式下，這樣可以防止燒寫過程中斷電的情況。   寄存器         main system模式下，運行如下命令會重啟，並進入recovery模式：（也可調用android_reboot函數） [plain]  reboot recovery             reboot命令實際上是系統調用，最終會調用到內核的kernel_restart函數，該函數最終會設置某個寄存器的位置，然後執行重啟操作。 重啟後，bootloader會檢測到該寄存器的值，並根據其值，啟動到recovery模式下。   cache分區         recovery和main system模式下，都會將nand flash的cache分區掛載到cache目錄從而實現這兩種模式下的通信。比如：main system模式下，下載升級包update.zip，並將其路徑設置到文件/cache/recovery/command中，然後重啟到recovery模式下，recovery進程會讀取到文件/cache/recovery/command中的值，並執行系統升級工作。   升級包         通常升級包的名稱為update.zip，它包含了要升級的內容和升級腳本，也就是說，整個升級的過程都由升級包本省控制。         升級腳本解析對應的源碼：META-INF\com\google\android\updater-script。可用的命令列表可以參見bootable\recovery\updater\install.c的函數RegisterInstallFunctions()。         解析升級腳本采用語言Edify，源碼位置：bootable\recovery\updater和bootable\recovery\edify。         若想自己制作update.zip包，需要使用的一下三個文件： out/host/linux-x86/framework/signapk.jar build/target/product/security/testkey.pk8 build/target/product/security/testkey.x509.pem         制作的過程： 解壓從源碼中編譯出來的update.zip。 修改解壓後的文件。 重新壓成包update.zip 使用命令處理update.zip，該命令主要是最zip執行簽名操作：java -Xmx1024m -jar signapk.jar -w testkey.x509.pem testkey.pk8 update.zip update_unsigned.zip update_unsigned.zip就是最終的升級包。   啟動流程         啟動流程大致路下：         1.開機後，啟動到bootloader下，bootloader會作一些初始化的操作，然後會從三個地方確定後面的動作：         查找SD卡上指定的文件：此種情況，主要用於，通過SD卡，升級系統。只要在SD卡中按照規則放置升級文件和相關的腳本，即可實現系統的升級。         查找按鍵的狀態：此種情況主要用於開機後進入bootloader或者recovery模式，按鍵也通常是硬件上的幾個鍵按下的狀態。         獲取BCB的內容：需要根據BCB的內容，來執行具體的操作，通常是進入recovery模式。         若沒有發現上述的三種信息，則會按照正常的啟動流程，進入main system模式。         2.若需要通過SD卡升級，則會顯示升級提示界面，並開始系統升級，完成後，重啟進入main system。         3.若需要進入recovery模式，在bootloader模式下，會加載recovery分區到內存，然後進入recovery模式下。         recovery會啟動recovery進程，該進程會讀取/cache/recovery分區中的內容，決定具體的操作。若沒有相關的配置，則進入控制台模式。         4.若需要進入main system模式，則會加載boot分區中的內容，然後進入正常的啟動流程。   升級流程         升級的流程大致如下：         1.main system模式下，下載update.zip到/cache目錄。         2.設置/cache/recovery/command目錄的內容為：--update_package=/cache/update.zip。         3.調用函數android_reboot，並設置進入recovery模式的代碼。         4.系統重啟，進入recovery模式，並啟動recovery進程，該進程會檢測/cache/recovery/command的內容，然後升級update.zip。