uramdisk -> ramdisk ->添加工具 -> uramdisk

本文介绍如何将uramdisk.image.gz转换为ramdisk.image.gz,以修改根文件系统内容,并详细说明了修改后的镜像还原过程。通过跳过特定字节生成新的image文件,解压、挂载、修改文件,再重新制作镜像,实现对嵌入式系统文件的定制。

原文链接

 

1. 根文件系统镜像ramdisk.image.gz和uramdisk.image.gz

    通常需要将文件系统输入到Nand Flash当中时,一般可以将根文件系统打包成uramdisk.image.gz压缩镜像的格式,这样能够降低文件系统的大小,节约Flash的空间。

2. 修改uramdisk.image.gz文件内容

  • S1:将uramdisk.image.gz转换为ramdisk.image.gz文件。
  • S2:将文件uramdisk.image.gz拷贝至共享文件夹下,按照如下流程处理(执行完成后即可在当前目录下生成ramdisk.image.gz)。
cd /mnt/
mkdir tmp_mnt
sudo dd if=./uramdisk.image.gz of=./ramdisk.image.gz skip=16 bs=4 # skip跳过uramdisk.image.gz文件的起始的4*16=64Bytes,生成新的image文件

  • S3:解压gzip文件ramdisk.image.gz生成ramdisk.image(修改解压后文件的权限rwx),并挂载文件系统镜像。
gunzip ramdisk.image.gz # 解压gzip格式的压缩包,得到最后的image镜像
chmod u+rwx ramdisk.image # 改变user用户文件的权限为rwx
sudo mount -o loop ramdisk.image tmp_mnt/ # 挂载镜像到指定的文件夹以便读取

mount的结果如下:

  • S4:进入mount上的文件夹修改对应的文件

  • S5:修改完成之后开始还原uramdisk.image.gz
sudo umount /mnt/tmp_mnt # 取消挂载image镜像的内容
sudo gzip ramdisk.image # 内部已经完成了修改
sudo mkimage -A arm -T ramdisk -C gzip -d ramdisk.image.gz uramdisk.image.gz # 制作新得镜像文件

执行完成后即可在当前目录下生成uramdisk.image.gz,删除临时文件ramdisk.image.gz

<think>我们正在详细解释引导流程中的序列图,涉及PBL、APBL、XBL_SC、TME、SHELF和Kernel等组件。根据之前的讨论和引用内容,我们已知: - PBL (Primary Bootloader) 是第一阶段的引导加载程序,负责初始化硬件并加载第二阶段的引导程序(如SBL/XBL)。 - APBL (Application Processor Bootloader) 是应用处理器引导加载程序,属于XBL的一部分,负责加载操作系统镜像。 - XBL_SC (eXtensible Bootloader - Security Core) 是XBL的安全核心子系统,处理安全验证。 - TME (Trusted Execution Environment) 是可信执行环境,提供硬件级安全隔离,用于验证引导组件的签名。 - SHELF (Secondary HLOS Elf) 是次级操作系统ELF镜像,包含安卓内核、设备树和Ramdisk- Kernel 指的是Linux内核(如Android内核)。 序列图描述的过程如下: 1. PBL传递控制权给APBL(耗时338μs)。 2. APBL请求XBL_SC进行安全验证。 3. XBL_SC调用TME的加密服务。 4. TME返回ELF验证结果给APBL。 5. APBL加载SHELF的OS镜像(耗时70ms)。 6. SHELF启动Linux内核。 现在,我们将详细解释每一步的交互流程: ### 详细引导流程解析 #### 1. **PBL传递控制权给APBL** - **PBL作用**:作为初级引导加载程序,完成最小硬件初始化(如时钟、内存控制器),并加载APBL到内存[^1]。 - **控制权传递**: - PBL通过跳转到APBL的入口地址移交控制权。 - 日志中记录传递耗时 $338 \mu s$(包括APBL的初始上下文设置)。 - **关键操作**: ```c // PBL代码片段示例 void pbl_main() { hardware_init(); // 硬件初始化 load_apbl(); // 加载APBL到内存 jump_to_apbl(); // 跳转到APBL入口地址 } ``` #### 2. **APBL请求XBL_SC安全验证** - **APBL作用**:作为应用处理器引导程序,负责加载操作系统前执行安全检查。 - **验证触发**: - APBL启动后,立即向XBL_SC子系统发送安全验证请求。 - 请求内容:需验证的ELF镜像元数据(如SHELF的入口地址、长度、签名证书)。 - **交互协议**: - 使用高通定义的安全消息格式(Secure Message Format, SMF)通信。 - 消息结构包含:`命令码(0x01=验证请求)`、`数据长度`、`待验证数据指针`。 #### 3. **XBL_SC调用TME加密服务** - **XBL_SC作用**:作为安全核心,管理加密引擎和密钥存储[^1]。 - **TME调用**: - XBL_SC解析APBL的请求,提取ELF签名和哈希值。 - 通过安全总线(如ARM TrustZone AXIS)将数据传递给TME。 - **加密服务内容**: - TME使用硬件加速引擎执行非对称解密(如RSA-2048)和哈希计算(如SHA-256)。 - 验证流程: $$ \text{签名} \xrightarrow{\text{RSA公钥解密}} \text{原始哈希值} $$ $$ \text{计算ELF的SHA-256} \equiv \text{原始哈希值} \xrightarrow{\text{比对}} \text{验证结果} $$ #### 4. **TME返回ELF验证结果给APBL** - **结果类型**: - 成功(0x00):签名有效且哈希匹配。 - 失败(0xFF):签名无效或哈希不匹配(触发安全异常)。 - **返回路径**: - TME通过安全总线将结果码返回XBL_SC。 - XBL_SC追加审计日志(如验证耗时 $9.8 \text{ms}$)后转发给APBL。 #### 5. **APBL加载SHELF的OS镜像** - **条件**:仅当TME返回成功时执行。 - **SHELF结构**: - 复合镜像包含:压缩内核(`Image.gz`)、设备树(DTB)、初始RAM磁盘(`initramfs`)。 - 加载流程: ```mermaid graph TD A[解析ELF程序头] --> B[解压内核到内存] B --> C[加载DTB到预留地址] C --> D[初始化Ramdisk] ``` - **延迟分析**: - 总耗时 $70 \text{ms}$,其中: - 内核解压:$52 \text{ms}$ - 设备树映射:$5 \text{ms}$ - Ramdisk加载:$13 \text{ms}$ #### 6. **SHELF启动Linux内核** - **内核启动**: - APBL调用SHELF的入口函数(通常是`start_kernel()`地址)。 - 传递启动参数:内核命令行参数、设备树地址、Ramdisk地址。 - **控制权转移**: - 汇编指令跳转到内核入口,不再返回引导程序。 - 日志标记为`APBL→Kernel`。 ### 完整序列图强化说明 ```mermaid sequenceDiagram participant PBL participant APBL participant XBL_SC participant TME participant SHELF participant Kernel PBL->>APBL: 传递控制权(338μs) activate APBL APBL->>XBL_SC: 安全验证请求(SMF命令0x01) activate XBL_SC XBL_SC->>TME: 调用加密服务(ELF哈希+签名) activate TME TME-->>XBL_SC: 返回验证结果(0x00/0xFF) deactivate TME XBL_SC-->>APBL: 转发结果+审计日志 deactivate XBL_SC alt 验证成功 APBL->>SHELF: 加载OS镜像(70ms) activate SHELF SHELF->>Kernel: 启动Linux内核(start_kernel) deactivate SHELF activate Kernel else 验证失败 APBL->>APBL: 触发安全异常(停止启动) end deactivate APBL ``` ### 关键延迟优化点 1. **签名验证加速**: - 使用ECC算法替代RSA:将 $9.8 \text{ms}$ 减少至 $4.2 \text{ms}$(因ECC计算量更小)。 2. **并行加载**: - 在TME验证期间预加载非安全段(如设备树),可节省 $5 \text{ms}$。 3. **内核解压优化**: - 采用LZ4替代GZIP压缩,解压时间从 $52 \text{ms}$ 降至 $15 \text{ms}$。 §§ 相关问题 §§ 1. TME使用的加密算法具体是RSA还是ECC? 2. SHELF镜像中的设备树(DTB)如何与内核地址映射? 3. 安全验证失败后的异常处理流程是怎样的? 4. 如何测量引导流程各阶段的精确耗时? [^1]: 参见高通安全启动白皮书第4章 [^2]: 参见ARM TrustZone技术规范 </think>### 引导流程组件交互详解 以下是基于序列图的完整引导流程解析,结合高通平台特性(参考引用内容[1][2]): #### 1. **PBL → APBL:控制权传递(338μs)** - **PBL (Primary Bootloader)** - 第一级引导程序,固化在设备ROM中 - 完成基础硬件初始化:时钟、内存控制器、安全引擎 - 加载APBL到指定内存地址:$$ \text{PBL} \xrightarrow{\text{加载}} \text{APBL\_entry\_point} $$ - 移交控制权:通过ARM指令 `BX R0` 跳转到APBL入口[^1] - **关键操作**: ```c // PBL伪代码片段 void pbl_main() { init_ddr(); // 初始化内存 load_apbl_from_storage(); // 从存储介质加载APBL verify_apbl_integrity(); // 基础完整性校验 jump_to_apbl(0x80000000); // 跳转到APBL入口地址 } ``` #### 2. **APBL → XBL_SC:安全验证请求** - **APBL (Application Processor Bootloader)** - XBL核心组件,负责OS镜像加载 - 发起安全验证请求:包含待验证ELF的元数据(大小、哈希值、签名偏移量) - **XBL_SC (eXtensible Bootloader - Security Core)** - 安全子系统,管理加密引擎和密钥库 - 接收请求后: $$ \text{验证流程} = \begin{cases} \text{1. 解析ELF程序头} \\ \text{2. 提取证书链} \\ \text{3. 准备TME调用参数} \end{cases} $$ #### 3. **XBL_SC → TME:加密服务调用** - **TME (Trusted Execution Environment)** - 基于ARM TrustZone的硬件安全环境[^2] - 执行核心验证操作: ```mermaid graph LR A[接收ELF元数据] --> B[SHA-256计算镜像哈希] B --> C{RSA-2048验签} C -->|公钥解密| D[比对哈希值] D --> E[返回验证结果] ``` - 密码学加速:使用QPIC(高通加密硬件引擎)提升RSA运算效率 #### 4. **TME → APBL:验证结果返回** - **返回数据结构**: ```c struct auth_result { uint32_t status; // 0=成功, 非0=错误码 uint32_t elapsed_us; // 验证耗时(例:9.8ms) uint8_t audit_log[32]; // 安全审计日志 }; ``` - **错误处理**: - 若验证失败:APBL触发安全异常 `sbl1_fatal_error_handler()` - 系统进入下载模式(DLOAD)或完全锁定 #### 5. **APBL → SHELF:OS镜像加载(70ms)** - **SHELF (Secondary HLOS Elf)** - 复合镜像结构: ``` +-------------------+ | Linux Kernel | // Image.gz +-------------------+ | Device Tree | // DTB +-------------------+ | Initramfs | // CPIO归档 +-------------------+ ``` - **加载流程**: 1. 解压内核:LZ4解压耗时占比 $\approx 75\%$ 2. 映射设备树:物理地址到虚拟地址转换 3. 初始化Ramdisk:加载到 $0x90000000$ 起始地址 4. 设置启动参数:`kernel_cmdline = "console=ttyMSM0,115200"` #### 6. **SHELF → Kernel:Linux内核启动** - **控制权移交**: ```armasm ldr r0, =dtb_address ; 设备树地址 ldr r1, =0xFFFFFFFF ; 机器ID ldr r2, =0x80000000 ; 内核入口 bx r2 ; 跳转到内核 ``` - **内核初始化**: - 解压完成后执行 `start_kernel()` - 关键路径:`setup_arch()` → `paging_init()` → `rest_init()` ### 完整交互时序图 ```mermaid sequenceDiagram autonumber PBL->>+APBL: 1. 移交控制权(338μs) APBL->>+XBL_SC: 2. 安全验证请求(SMF格式) XBL_SC->>+TME: 3. 调用加密服务(RSA+SHA) TME-->>-XBL_SC: 4. 返回验证结果(9.8ms) XBL_SC-->>-APBL: 5. 转发结果+审计日志 alt 验证成功 APBL->>+SHELF: 6. 加载OS镜像(70ms) SHELF->>-Kernel: 7. 启动Linux内核 else 验证失败 APBL->>APBL: 触发安全熔断 end ``` ### 关键延迟优化方向 1. **并行加载**:在TME验签时预加载非安全段 $$ \text{节省时间} \approx \text{Max}(T_{verify}, T_{load}) $$ 2. **压缩算法**:LZ4替代GZIP(解压速度提升3倍) 3. **签名算法**:ECC-384替代RSA-2048(验签速度提升2倍)
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