Fastbootd实现原理分析

前言

fastboot是一种用于Android设备上的刷机协议，便于系统开发者快速烧录系统。随着AOSP的发展，谷歌在Android Q版本引入了super动态分区功能，实现system、vendor和product等分区大小的灵活配置，避免了系统升级带来频繁修改分区表的问题。同时引入了手机端侧fastboot模式实现super分区的擦写，之前版本的fastboot刷写功能通常实现在bootloader模式（一般由SOC厂家提供原始实现），新引入的fastboot模式实现在recovery系统中集成了fastbootd二进制程序，在recovery系统中可复用系统的usb、网络等驱动，降低了开发难度，具有更好的可移植性（目前各个厂家的bootloader方案各有不同），一定程度降低了厂家的工作量。

一、源码&编译

源码路径

手机端fastbootd源码路径：system/core/fastboot/device

Host端fastboot源码路径：system/core/fastboot

在system/core/fastboot目录下mm即可编译生成fastbootd和Host端使用的fastboot工具。

二、fastboot模式启动过程

启动流程图

adb/bootloader模式下reboot-fastboot。

相关代码

1. 执行adbreboot-fastboot

 adb新增对命令reboot-fastboot的支持。

system/core/adb/daemon/services.cpp

2. 设置属性sys.powerctl=fastboot

调用reboot命令设置属性sys.powerctl=fastboot，触发init进程执行action::powerctl。

system/core/reboot/reboot.c

init.rc1

3. 写入bootloader_message后重启

init进程将reboot-reason写入bootloader_message后重启系统。

system/core/init/reboot.cpp

4. 重启后进入recovery系统

重启进入recovery系统后，recovery程序读取bootloader_message，属性sys.usb.config先后设置为none和fastboot。

recovery_main.cpp

5. 启动fastbootd进程

init进程在属性sys.usb.config=none时清除usb的ffs配置，sys.usb.config=fastboot时配置usb的ffs为fastboot模式，生成fastboot对应的读写endpoint设备，用于和PC端的fastboot协议数据读写。

init.rc

•  fastboot模式下fastbootreboot recovery可切换到recovery模式(启动adb，关闭fastbootd)而不需要重启。

•  PC端fastboot从r28.0.1之后开始支持reboot-fastboot命令，adb从r28.0.2之后开始支持reboot-fastboot命令。

• fastbootd与recovery进程的关系和update_binary与recovery进程的关系类似，前者负责flash擦写逻辑的实现，后者负责UI的实现。

三、fastboot通信过程

fastboot协议

cmd:arg1......

例如reboot、flash:boot、erase:boot、oem:unlock、getvar:product、download:size等。

如上图所示，fastboot协议不仅可以通过usb实现，也可以通过网络的方式实现。

flash命令执行过程

动态分区

在super分区头部存在metadata数据结构记录system、vendor、product等分区的位置和大小，结构如下图所示。

通常将boot、userdata、cache等称为物理分区，super分区中的system、vendor、product等称为逻辑分区。

fastbootd中支持create-logical-partition/delete-logical-partition/resize-logical-partition三个命令主动创建super分区上的逻辑分区。

fastboot delete-logical-partitionsystemfastboot create-logical-partitionsystem 1073741824

fastboot resize-logical-partition system 4294967296
fastboot flash system system.img

按照上述方式刷机成功后，重启进入Android系统，在init的first_stage阶段生成对应的dm设备并挂载：

main()->FirstStageMain() -->DoFirstStageMount()-->InitDevices()-->MountPartitions()-->CreateLogicalPartitions()-->CreateDevice()

init在first_stage阶段读取fstab配置

依据fstab配置创建super的逻辑分区

主要通过控制/dev/device-mapper，创建dm设备，加载super分区的metadata的table数据（分区的名字、偏移和大小等）传递给DeviceMapper驱动生产对应的/dev/dmX设备。具体的LinuxDeviceMapper实现机制，这里不详细介绍，请参见《DeviceMapper架构及在android上的应用》。

四、小结

目前用户空间的fastbootd作为fastboot协议中的服务端覆盖了所有fastboot原生命令，fastboot和recovery共享内核和库，基于usbgadget、block等linux驱动实现了协议通信和flash设备的读写等功能。对于OEM命令，Google也设计了对应OEMHAL(android.hardware.fastboot@1.0-service)兼容各自的私有命令，同时方便开发者在各个版本之间快速移植。基于用户空间下fastbootd的高可移植性、linux运行环境等特点，用户空间下的fastbootd可能会逐渐替代引导程序实现fastboot的方式，而引导程序只保留各自SOC的线刷功能。

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