bootloader启动流程

MSM8909+Android5.1.1启动流程概述

PBL：APPS PBL(ApplicationPrimary Boot Loader)，主引导加载程序

RPM：ResourcePower Manager，资源电源管理器

RPM（ResourcePower Manager）是高通MSM平台另外加的一块芯片，虽然与AP芯片打包在一起，但其是一个独立的ARM Core。之所以加这个东西，就是要控制整个电源相关的shared resources，比如ldo，clock。负责与SMP,MPM交互进入睡眠或者唤醒整个系统。

L2 TCM：Tightly-CoupledMemory，紧耦合内存

Some ARM SoC:s have a so-called TCM(Tightly-Coupled Memory). This is usually just a few (4-64) KiB of RAM insidethe ARM processor.

Due to being embedded inside the CPU TheTCM has a Harvard-architecture, so there is an ITCM (instruction TCM) and aDTCM (data TCM). The DTCM can not contain any instructions, but the ITCM canactually contain data.

CDT: Configuration Data Table，包含CDB0: platform info信息和CDB1: DDR配置参数。TZ:

PIL：Peripheralimage loader

MBA:Modem Boot Authenticator，调制解调器引导认证

HLOS：High-leveloperation system，高级操作系统

Pronto image:

SMEM : shared memory

RPC : remote procedure call

QCSBL : qualcomm second bootloader

OEMSBL : oem second bootloader

AMSS : Advanced Mobile Subscriber Software

SDI : System Debug Image

QSEE : Qualcomm Secure Execution Environment

TZBSP : TrustZone BSP

SBL1：ScondaryBoot Loader Stage1

MSS：MobileSubscriber Software移动用户软件

在ARM的集成开发环境中，只读的代码段和常量被称作RO段(ReadOnly)；可读写的全局变量和静态变量被称作RW段(ReadWrite)；RW段中要被初始化为零的变量被称为ZI段(ZeroInit)

1. Msm8909启动涉及部分的介绍

(1) APPS PBL(Application PrimaryBoot Loader)--------Cortex-A7

主引导加载程序，此程序的ZI/RW所需要的内容由L2 TCM和RPM codeRAM分配，在ROM中执行。引导程序功能是引导设备和接口检测、紧急下载模式的支持、通过L2 TCM 和RPM CodeRAM加载和认证SBL1 ELF片段(segments)。

(2) SBL1(Scondary Boot LoaderStage1) --------Cortex-A7

二级引导程序第1阶段，保存在EMMC/NAND中，负责初始化内存子系统(buses、DDR、clocks和CDT)，加载和认证TZ、RPM_FW与APPSBL镜像，通过USB2.0和Sahara内存转储，保留看门狗调试，支持RAM转储到EMMC/SD，大容量储存模式支持，USB驱动支持、USB充电、温度检测、PMIC驱动支持、配置DDR和flush L1/L2/ETB to crash调试支持相关的配置

(3) QSEE(Qualcomm Secure ExecEnvironment) --------Cortex-A7

高通安全执行环境，从NAND/EMMC中拷贝到LPDDR2/3中执行，等同于

TZBSP(TrustZoneBSP)，创建安全运行时执行环境、配置xPU、支持fluse驱动、创建SMMU 配置等

(4) RPM_FW----Cortex-M3

RPM : Resource Power Manager，资源电源管理器，是高通MSM平台另外加的一块芯片，虽然与AP芯片打包在一起，但其是一个独立的ARM Core。之所以加这个东西，就是要控制整个电源相关的shared resources，比如ldo，clock。负责与SMP,MPM交互进入睡眠或者唤醒整个系统。

从NAND/EMMC中拷贝出来，在RPM CodeRAM中运行

(5) APPSBL image--------Cortex-A7

从NAND/EMMC中拷贝出来，在LPDDR2/3中运行，功能丰富的引导程序HLOS，加载/认证内核、recovery模式等等。

(6) Modem PBL(Modem Primary BootLoader)-----------MSS Q6

在ROM中执行，创建Q6 TCM、从LPDDR2中加载MBA到Q6 TCM中并认证和锁住SMMU CB。

MSS：MobileSubscriber Software移动用户软件

(7) MBA(Modem Boot Authenticator)

调试解调器启动认证，从NAND/EMMC中拷贝到LPDDR2/3和Q6 TCM中运行，认证modem镜像、xPU保护modem的DDR区域

(8)

2. Msm8909的启动流程

PBL--->SBL1--->QSEE/TZ

(1) 芯片上电复位到地址0，Cortex-A7 APPS在自带的ROM中开始执行PBL

(2) PBL从EMMC中拷贝SBL1的第1段到L2 TCM中，执行和认证。

(3) PBL从EMMC中拷贝SBL1的第2段到RPM CodeRAM中，执行和认证，然后调整到SBL1中。

SBL1的第2段相当于DDR驱动+SDI相当于拷贝RPM代码到RAM中，DDR由SBL1的第2段初始化，也包含了SDI部分功能。

(4) SBL1第1段从EMMC中拷贝QSEE/TZ镜像到DDR中并认证

(5) SBL1第1段从EMMC中拷贝RPM固件到RPM CodeRAM中并认证。

(6) SBL1第1段从EMMC中拷贝HLOSAPPSBL镜像到DDR中并认证

(7) SBL1第1段转移到QSEE/TZ中执行。

(8) QSEE/TZ创建安全环境和开始执行RPM固件。

(9) QSEE/TZ跳转到HLOS APPSBL开始执行

(10) HLOS APPSBL加载和认证HLOS内核

(11) HLOS内核通过PIL加载MBA到DDR。---(a)

(12) HLOS内核复位modem DSP Q6，Modem PBL开始执行---(b)

(13) HLOS内核通过PIL加载AMSS modem镜像到DDR----(c)

(14) Modem PBLcong DDR中拷贝MBA到modem TCM并认证MBA，且跳转到MBA镜像中执行。---(c’)

(15) MBA认证modem镜像兵跳转到modem中----(c’’)

(16) HLOS通过PIL加载Pronto镜像到DDR中---(d)

(17) HLOS复位Pronto，pronto镜像开始执行。

3. Msm8909芯片组

Msm8909芯片组包含了APPS、RPM、Modem和Pronto处理器，

lk源代码目录及入口

1.Lk概述

LK是(L)ittle(K)ernel的缩写。

高通平台Android普遍采用LK作为其bootloader，LK是一个开源项目。但是，LK只是整个系统的引导部分，所以它不是独立存在。LK是一个功能及其强大的bootloader，但现在只支持arm和x86平台。

LK的一个显著的特点就是它实现了一个简单的线程机制（thread），和对高通处理器的深度定制和使用。

2. 源代码目录

app //主函数启动app执行的目录，第一个app在app/aboot/aboot. c中

arch //体系代码包含x86和arm

dev //设备目录，包含显示器，键盘，net,usb等设备的初始化代码include //头文件

kernel //kernel/main.c主函数以及kernel/thread.c线程函数

lib //库文件

make //编译规则

platform //不同平台代码mdmxxx，msmxxx，apqxxx，qsdxxx，还有共享的目录msm_shared

project //整个工程的编译规则

target //通用init.c,具体目标板的初始化(主要为板子设备资源init.c代码中)，编译规则代码(一级s810.mk二级hdc8094.mk)

3. Lk入口

bootable\bootloader\lk\arch\arm\rule.mk文件下相关部分：

[plain]view plain copy

1.# potentially generated files that shouldbe cleaned out with clean mak

e rule

2.GENERATED += \

3. $(BUILDDIR)/system-onesegment.ld\

4. $(BUILDDIR)/system-twosegment.ld

5.

6.# rules for generating the linker scripts

7.…

8.$(BUILDDIR)/system-onesegment.ld:$(LOCAL_DIR)/system-onesegme

nt.ld

9. @echogenerating $@

10. @$(MKDIR)

11. $(NOECHO)sed"s/%MEMBASE%/$(MEMBASE)/;s/%MEMSIZE%/

$(MEMSIZE)/" < $< > $@

12.$(BUILDDIR)/system-twosegment.ld:$(LOCAL_DIR)/system-twosegme

nt.ld

13. @echogenerating $@

14. @$(MKDIR)

15. $(NOECHO)sed"s/%ROMBASE%/$(ROMBASE)/;s/%MEMBASE%/

$(MEMBASE)/;s/%MEMSIZE%/$(MEMSIZE)/"< $< > $@

接着看\bootable\bootloader\lk\arch\arm\system-onesegment.ld文件[plain]view plain copy

1.OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm","elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

2.OUTPUT_ARCH(arm)

3.

4.ENTRY(_start)

system-onesegment.ld连接文件中ENTRY(_start0指定LK 从_start 函数开始，_start 在lk/arch/arm/crt0.S中。crt0.S 主要做一些基本的CPU 的初始化再通过bl kmain ；跳转到C 代码中。

kmain 在lk/kernel/main.c 中

kmain()

1. thread_init_early()

// get us into some sort of thread context

thread_init_early();

让我们进入某种线程上下文，初始化线程系统，此函数只被调用一次。主要的工作如下：

(1) 初始化运行队列list_initialize(&run_queue[i])

(2) 初始化线程列表list_initialize(&thread_list)

(3) 创建一个线程来覆盖当前的运行状态，并初始化次线程的结构体。

/* create a thread to cover the currentrunning state */

thread_t*t = &bootstrap_thread;

init_thread_struct(t,"bootstrap");

/* half construct this thread, since we'realready running */

t->priority= HIGHEST_PRIORITY;

t->state= THREAD_RUNNING;

t->saved_critical_section_count= 1;

list_add_head(&thread_list,&t->thread_list_node);

current_thread= t;

2. arch_early_init()

做一些关闭cache，使能MMU的arm相关工作。

void arch_early_init(void)

{

/*turn off the cache */

arch_disable_cache(UCACHE);

/*set the vector base to our exception vectors so we dont need to double map at 0*/ #if ARM_WITH_MMU

arm_mmu_init();

#endif

/*turn the cache back on */

arch_enable_cache(UCACHE);

#if ARM_WITH_NEON

/*enable cp10 and cp11 */

uint32_tval;

__asm__volatile("mrc p15, 0, %0, c1, c0,2" : "=r" (val));

val|= (3<<22)|(3<<20);

__asm__volatile("mcr p15, 0, %0, c1, c0,2" :: "r" (val));

/*set enable bit in fpexc */

__asm__volatile("mrc p10, 7, %0, c8, c0,0" : "=r" (val));

val|= (1<<30);

__asm__volatile("mcr p10, 7, %0, c8, c0,0" :: "r" (val));

#endif

}

3. platform_early_init()

平台的早期初始化

void platform_early_init(void)

{

board_init();

platform_clock_init();

qgic_init();

qtimer_init();

}

3.1 board_init()

void board_init()

{

platform_detect();

target_detect(&board);//对于msm8909是空函数，在platform_detect()实现target_baseband_detect(&board);//填充board->baseband = BASEBAND_MSM; }

platform_detect()

Smem：共享内存

struct smem {

structsmem_proc_comm proc_comm[4];

unsignedversion_info[32];

structsmem_heap_info heap_info;

structsmem_alloc_info alloc_info[SMEM_MAX_SIZE];

};

共享内存对应的结构体

SMEM ：sharedmemory，是高通平台各子系统共享信息的一种机制，通过SMEM 机制，PBL可以将信息传递给SBL1，SBL1可以将信息传递给RPM、LK。下面分析一个SMEM信息传递的具体实现过程。

Platform id信息

SBL1会将board levelplatform id信息通过SMEM机制保存，LK在启动过程中会自动platform detect，检测当前平台board infor信息，然后填充board结构体实例的值struct board_data {

uint32_tplatform;

uint32_tfoundry_id;

uint32_tplatform_version;

uint32_tplatform_hw;

uint32_tplatform_subtype;

uint32_ttarget;

uint32_tbaseband;

structboard_pmic_data pmic_info[MAX_PMIC_DEVICES];

uint32_tplatform_hlos_subtype;

};

根据检测到的board infor加载相应的device tree。

3.2 platform_clock_init()

调用clk_init(msm_clocks_msm8909,ARRAY_SIZE(msm_clocks_msm8909))初始化时钟查询表

/* Clock lookup table */

static struct clk_lookup msm_clocks_msm8909[]=

{

CLK_LOOKUP("sdc1_iface_clk",gcc_sdcc1_ahb_clk.c),

CLK_LOOKUP("sdc1_core_clk", gcc_sdcc1_apps_clk.c),

CLK_LOOKUP("sdc2_iface_clk",gcc_sdcc2_ahb_clk.c),

CLK_LOOKUP("sdc2_core_clk", gcc_sdcc2_apps_clk.c),

CLK_LOOKUP("uart1_iface_clk",gcc_blsp1_ahb_clk.c),

CLK_LOOKUP("uart1_core_clk", gcc_blsp1_uart1_apps_clk.c),

…

}

3.3 qgic_init()

QGIC：Qualcomm GenericInterrupt Controller高通通用中断控制器

初始化QGIC，包括初始化QGIC的分配器(distributor)和初始化CPU具体的控制器。

3.4 qtimer_init()

获取定时器的频率

4. target_early_init()

这里就是串口初始化uart_dm_init(1, 0,BLSP1_UART0_BASE)---> uart_dm_init()从时钟查找表msm_clocks_msm8909[]串口并配置其时钟频率、配置GPIO为串口、配置串口寄存器等。

5. bs_set_timestamp(BS_BL_START)

设置时间戳，这里的bs指boot stats，引导统计。

6. call_constructors()

构造函数相关初始化

bootloader的构造器一般完成的是初始化设备对象的操作，由于不同的系统在bootloader阶段需要初始化的设备不同，所以需要用户自己调用这些初始化函数。

根据函数名称，就是字面意思——调用构造器，构造器是定义在__ctor_list和

__ctor_end之间的函数指针。至于__ctor_list和__ctor_end之间有哪些函数你可以看编译之后输出的map文件，或者链接脚本里面可能也有定义。

7. heap_init()

启动内核堆。

8. __stack_chk_guard_setup()

负责生成canary值

9. thread_init()

初始化线程系统。

10. dpc_init()

dpc：DelayedProcedure Call 延迟过程调用的缩写，初始化dpc系统，相关事件初始化、创建名字为dpc的线程并调用。

11. timer_init()

初始化lk定时器。

12. bootstrap2

thread_resume(thread_create("bootstrap2",&bootstrap2, NULL,

DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE));

// enable interrupts

exit_critical_section();

// become the idle thread

thread_become_idle();

创建名字为bootstrap2的线程并调用，调用thread_become_idle()让当前线程处于idle状态。

bootstrap2()

备注：

LBA：logic blockaddress，逻辑块地址

staticint bootstrap2(void *arg){

dprintf(SPEW,"top of bootstrap2()\n");

arch_init();

//initialize the rest of the platform

dprintf(SPEW,"initializing platform\n");

platform_init();

//initialize the target

dprintf(SPEW,"initializing target\n");

target_init();

dprintf(SPEW,"calling apps_init()\n");

apps_init();

return0;

}

arch_init()和platform_init()都是空函数

1. target_init()

1.1 spmi_init()

初始化SPMI(System Power Management Interface)总线控制器。

1.2 target_keystatus()

(1) 调用keys_init()初始化全局数据key_bitmap[]为0，此数据记录对应的按键是否被按键。

(2) 调用target_volume_down()和target_volume_up()函数判断音量+-按键是否按下，如果按下，就设置key_bitmap[]对应的位为1，比如key_bitmap[KEY_VOLUMEDOWN]=1，这为后面进入线刷、recovery、还是正常启动模式做好判断依据。

这里音量+-是根据GPIO_90和GPIO_91的引脚来判断的。

1.3 target_sdc_init()

调用platform_boot_dev_isemmc()判断启动设备是否是EMMC，如果是就调用

target_sdc_init()来初始化SDC(Secure digital controller)控制器接口

Sdc:Secure digital controllerinterface-supports EMMC

1.4 partition_read_table()

先读取MMC的MBR分区，如果是PMBR分区就读取GPT分区信息。

MBR(Master Boot Record)和GPT(GUID Partition Table).

《MBR和GPT概要学习》：

https://www.360docs.net/doc/c15338863.html,/blog/LoongEmbedded/article/p-6072230.html

1.4.1 mmc_get_device_blocksize()

获取EMMC的块大小，为512个字节。

1.4.2 mmc_boot_read_mbr()

读取EMMC的MBR

(1) 调用mmc_read()从0地址开始读取512字节的数据到buff中。

(2) partition_verify_mbr_signature()对读取出来数据的进行MBR签名核查。

如果buff[510]不等于0x55，或是buff[511]不等于0xAA，就说明MBR signature不匹配(3) 在MBR中读取4个分区信息到我们的MBR表

EMMC的MBR由4部分组成，这里是要读分区表信息，其中包含4个分区项，偏移地址是01BEH--01FDH,每个分区表项长16个字节，共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4

读取每个16字节的分区项时，先读取第5个字节对应的分区类型，如果为0xEE 表示该分区表是PMBR，紧随其后的应该是GPT分区表头和GPT分区表，因此这是一块GPT硬盘。

这里读取出来的值就是0xEE，表示此MMC采用GPT分区结构，如果不是，就按照MBR 分区结构读取后面的分区信息

1.4.3 mmc_boot_read_gpt()，从MMC中读取GPT信息并填充分区表

GPT分区全名为GloballyUnique Identifier Partition Table Format，即全局唯一标示磁盘分区表格式

(1) mmc_get_device_capacity()获取MMC设备的密度，其值为1

(2) mmc_read()读取第1个扇区内容(第0个扇区是PMBR)。

(3) partition_parse_gpt_header()解析GPT分区表头，如果解析失败再去读取备份GPT分区表头

先读取和解析GPT分区表头，因为GPT分区表信息没有被破坏，就没有去读取备份分区表头信息。

1) 判断GPT头的大小，92个字节。

2) 计算GPT头的CRC并和之前写入的GPT头的CRC对比。

3) 读取GPT头的LBA和分区表项值

具体信息如下：

偏移地址24：当前的LBA(这个GPT头的位)，这里为1

偏移地址40：第一个可用于分区的LBA(主分区表的最后一个LBA+1)

偏移地址48：最有一个可用于分区的LBA(备份分区表的第一个LBA-1)偏移地址80：分区表项的数量，这里为32个

偏移地址84：一个分区表项的大小(通常为128)，这里为128

分区表头的格式

起始

字节

长度内容

08字

节

签名（"EFI PART"）

84字

节

修订

124字

节

分区表头的大小

164字

节分区表头（第0－91字节）的CRC32校验，在计算时，把这个字段作为0处理，需要计算出分区串行的CRC32校验后再计算本字段

204字

节

保留，必须是 0

248字

节

当前LBA（这个分区表头的位置）

328字

节

备份LBA（另一个分区表头的位置）

408字

节

第一个可用于分区的LBA（主分区表的最后一个LBA + 1）

488字

节

最后一个可用于分区的LBA（备份分区表的第一个LBA ? 1）

5616字

节

硬盘GUID（在类UNIX系统中也叫UUID）

728字

节

分区表项的起始LBA（在主分区表中是2）

804字

分区表项的数量

节

844字

一个分区表项的大小（通常是128）

节

884字

分区串行的CRC32校验

节

92*保留，剩余的字节必须是0（对于512字节LBA的硬盘即是420个字节）

(4) 读取GPT分区表中的分区信息，从第2~9个block读取，然后写入到记录分区信息的全局数组中partition_entrie[]

每个entry(分区表项)占128字节，所以一个block包含4个分区表项，而我们分区表项数量是32个，需要32/4=8个block。

GPT分区表项的格式

起始字节长度内容

016字节分区类型GUID

1616字节分区GUID

328字节起始LBA（小端格式）

408字节末尾LBA

488字节属性标签（如：60表示"只读"）

5672字节分区名（可以包括36个UTF-16（小端格式）字符）

对应的结构体定义如下

/* Unified mbr and gpt entry types */struct partition_entry {

unsignedchar type_guid[PARTITION_TYPE_GUID_SIZE];

unsigneddtype;

unsignedchar unique_partition_guid[UNIQUE_PARTITION_GUID_SIZE];

unsignedlong long first_lba;

unsignedlong long last_lba;

unsignedlong long size;

unsignedlong long attribute_flag;

unsignedchar name[MAX_GPT_NAME_SIZE];

uint8_tlun;

};

到此partition_entry关于GPT分区表项的信息已获知。

1.5 shutdown_detect()

#if LONG_PRESS_POWER_ON

shutdown_detect();#endif

如果开启长按power按键开机(大概2~3s)机制，就会调用此函数，如果按power按键时间短于这个时间，就会关机。

1.6 target_use_signed_kernel()

if (target_use_signed_kernel())

target_crypto_init_params();

target_use_signed_kernel()函数在bootloader/lk/target/init.c实现

__WEAK bool target_use_signed_kernel(void){#if _SIGNED_KERNEL

return1;#else

return0;#endif

}

没有定义_SIGNED_KERNEL，所以直接返回0，也就没调用target_crypto_init_params()。

1.7 rpm_smd_init()

#if SMD_SUPPORT

rpm_smd_init();#endif