Android系统 lk启动流程简析

本篇文章是对初步学习Android系统lk启动流程的一个大致简介。方便掌握lk启动流程的大致框架，具体细节后续再进行更新

1. 前言

需要了解的文件类型：
1）编译LK的链接文件（.ld）
2）汇编文件（.s、.S文件）
3）.mk文件（用来向编译系统描述源代码，并将源文件分组为模块。可用于预定义变量）
4）makefile文件（包含一些规则告诉make编译哪些文件以及怎样编译这些文件）
5）Kconfig文件（编译前的文件，其中主要作用是在内核配置的时候，作为配置选项）
6）.config文件（文件是在进行内核配置的时候，经过配置后生成的内核编译参考文件）

文件之间的顺序关系：
编写Kconfig—>进行make menuconfig---->生成.config----->编写Makefile---->按照Makefile编译规则进行编译---->编译成功

*拓展思考：

1、lk加载完成后，linux kernel又是怎样加载的？里面又做了些什么操作？
2、关于boot、kernel、HAL等不同层级，程序是怎样被加载、不同层级如何分化完成上层应用的请求任务？

2. LK入口

确定LK的入口，必须要先知道编译LK的链接文件
相关的链接文件为：
bootable/bootloader/lk/arch/arm/system-onesegment.ld

从链接文件中，可以确定LK启动入口为_start函数，该函数的定义在汇编文件：
_start函数的定义在汇编文件：
bootable/bootloader/lk/arch/arm/ctr0.S
_start函数的主要功能是设置中断向量表、初始化bss段、初始化与处理器架构的相关寄存器、搭建C运行环境等；

3. kmain函数

当_start函数设置完成后，然后开始运行bl kmain代码，跳转到kmain函数处运行，进入的C语言的世界
kmain入口（ctr0.S文件，line.187行）

bl kmain    /*跳到kmain函数执行*/b .

在_start函数的最后，将会调用kmain函数，该函数的定义在文件：
bootable/bootloader/lk/kernel/main.c

对于kmain函数实现的主要功能：
1）函数调用后，首先是对早期的thread线程系统进行初始化，
2）接下来则是调用arch_early_init()函数，对CPU处理器架构相关的早期初始化，例如关闭cache，使能mmu等功能，
3）然后开始调用与平台早期初始化的相关函数，对早期需要使用的外设进行初始化，例如中断控制器、debug串口等外设，
4）接下来，则是调用函数搭建出一个完整的thread线程系统，并对lk中的定时器进行初始化，
5）调用thread_create()函数创建出"bootstrap2"线程，并调用thread_resume()函数，让该线程在系统中工作，
6）最后，则是设置kmain线程为idle状态。

 

拓展思考（boot程序加载流程）

1. 复位键，早期的硬件初始化；
2. 对CPU处理器架构相关的早期初始化，调用与平台、外设早期初始化的相关函数（如：中断控制器、debug串口等外设）
3. 调用函数，搭建出一个完整的thread线程系统，并对lk中的定时器进行初始化
4. 调用thread_create()函数创建出"bootstrap2"线程，并调用thread_resume()函数，让该线程在系统中工作，
5. 线程设置中断响应请求，完成请求后，设置kmain线程为idle状态，等待下一个中断请求任务。

4. bootstrap2线程分析

1）使用thread_create()函数创建出"bootstrap2"线程后，并使用thread_resume()启动该线程后，接下来将会运行bootstrap2()函数，该函数可以看成是lk启动的第二阶段，它将会继续完成外设的初始化和启动。
2）在kmain函数的最后阶段，在thread线程系统搭建完成后，将会运行下面的代码创建出bootstrap2线程：

thread_resume(thread_create("bootstrap2", &bootstrap2, NULL, DEFAULT_PRIORITY, DEFAULT_STACK_SIZE));

3）此时，将会跳转到bootstrap2函数继续运行，完成整个lk系统启动，bootstarp2函数的定义在文件：
bootable/bootloader/lk/kernel/main.c

对于bootstrap2函数实现的主要功能：
1）arch_init();    /*arch处理器架构第二阶段初始化*/
2）platform_init();    /*platform第二阶段初始化*/
3）target_init();    /*target第二阶段初始化，按键、分区表等*/
4）apps_init();     /*创建多个app线程并运行，aboot_init将加载Linux内核*/

在该函数中，比较重要的是target_init()函数和apps_init()函数，target_init()函数将针对不同的硬件平台进行一些外设初始化，例如，按键、emmc分区等；apps_init()函数则是将整个lk系统要启动的app全部进行启动运行，本质是使用thread_create()函数和thread_resume()函数，创建多个线程并在lk系统中调度线程，比较重要的是aboot_init线程(MTK平台是mt_aboot_init线程)，它将会启动Linux内核。

5. apps_init函数分析

apps_init()函数的主要功能是将lk系统中的app线程进行创建和调度，其中比较重要的aboot_init线程，它用于启动Linux内核，apps_init函数的定义在文件：
bootable/bootloader/lk/app/app.c

该函数的定义如下所示：

extern const struct app_descriptor __apps_start[];
extern const struct app_descriptor __apps_end[];
static void start_app(const struct app_descriptor *app);
/* one time setup */
void apps_init(void)
{
	const struct app_descriptor *app;

	/* call all the init routines */
	for (app = __apps_start; app != __apps_end; app++) {    /*遍历所有apps*/
		if (app->init)    /*判断app_descriptor结构的init函数是否存在*/
			app->init(app);    /*如果存在，则调用init函数*/
	}

	/* start any that want to start on boot */
	for (app = __apps_start; app != __apps_end; app++) {
		if (app->entry && (app->flags & APP_FLAG_DONT_START_ON_BOOT) == 0) {
			start_app(app);    /*启动所有要在lk阶段启动的app*/
		}
	}
}

从代码中知道，apps_init函数使用了两个for循环，调用了位于__apps_start与__apps_end之间的函数，对于__apps_start和__apps_end需要去相应的ld链接文件中去寻找，在上面提到的system-onesegment.ld文件中有：

__apps_start =.;
KEEP (*(.apps))
__apps_end=.;
.= ALIGN(4);

可以知道是，调用了所有放在*.apps段中的函数了，在下面的文件中有和*.apps段的相关宏：
bootable/bootloader/lk/include/app.h

宏APP_START和struct app_descriptor结构体定义如下：

/*each app needs to define one of these to define its startup conditions*/
struct app_descriptor {
constchar *name;
app_init init;
app_entry entry;
unsignedintflags;
};
#define APP_START(appname) struct app_descriptor _app_##appname __SECTION(".apps") = { .name = #appname,
#define APP_END };

因此，可以知道，每个app都有一个app_descriptor结构体进行描述，这些结构体的定义都在.apps段中，接下来，继续搜索使用APP_START宏添加的结构体和函数有什么：
在文件：bootable/bootloader/lk/app/aboot/aboot.c
使用了APP_START宏的定义，如下：

APP_START(aboot)
.init=aboot_init,
APP_END

这就是aboot这个app的定义，aboot_init函数就是要启动的线程，该线程用来启动Linux内核，非常重要，其它的app定义类似。如shell.c、mt_boot.c文件等文件，都导入了app.h，在文本的末尾都使用了APP_START、APP_END宏的定义。
（lk的app包含哪些？全部在app文件夹当中：aboot、mt_boot、shell、clocktests、pcitests、string_tests.c、tests.c等）

在aboot.c、mt_boot.c、shell.c、test.c文件中，都包含了{.init=aboot_init,}该行代码，因此aboot_init、mt_boot_init、shell_init这些在lk阶段都会启动（但从平台的串口日志加了注释标记后，看出aboot_init并没有执行，待后续再继续研究分析）

而在test.c文件中，除了包含{.init=aboot_init,}该行代码，还设置了标志位flags=0；shell.c文件中，包含{.init=shell_init, .entry=shell_entry,}，因此，会在执行完shell_init后，再去执行shell_entry函数。

6. aboot_init函数分析

对于aboot_init()函数的定义在文件：
bootable/bootloader/lk/app/aboot/aboot.c

函数的内容如下所示：

void aboot_init(const struct app_descriptor *app)
{
	unsigned reboot_mode = 0;
	unsigned usb_init = 0;
	unsigned sz = 0;

	/* Setup page size information for nand/emmc reads */
	if (target_is_emmc_boot())     /*判断目标板是否是emmc启动*/
	{
		page_size = 2048;
		page_mask = page_size - 1;
	}
	else
	{
		page_size = flash_page_size();   /*读取对应存储介质的page和block大小*/
		page_mask = page_size - 1;
	}

	if(target_use_signed_kernel())
	{
		read_device_info(&device);    /*读取设备的信息*/
	}

可以看出aboot_init主要工作如下：
1、确定page_size大小；
2、从devinfo分区获取devinfo信息；
3、根据条件判断进入不同模式，设置对应标志位boot_into_xxx；
4、进入fastboot模式，初始化fastboot命令等。