本文是《Android内核开发》的第四篇文章,主要介绍一下源码编译输出的几个重要的镜像文件,这里把bootloader源码和Linux内核源码的编译输出也算在其中,因为毕竟Android系统缺少了这两个部分在设备上也是跑不起来的。


1. MLO, u-boot.img

 

任何操作系统的启动,都离不开“引导程序”,比如桌面Windows系统的BIOS、桌面Linux系统常用的是Grub,而在嵌入式系统中,这个引导程序通常叫做“bootloader”,它通常由处理器的片上ROM中的引导代码和u-boot两部分组成(当然,也有其他类型的bootloader,这里以最常用的u-boot为主)。

 

这些“引导程序”的功能,通常都是完成硬件系统的检测和配置,然后到指定的位置去“加载并运行”操作系统内核,这个加载过程就是把指定的内核镜像文件解压到内存DDR中去,然后运行内核代码,并交出CPU控制权。

 

由此我们知道,Android系统的启动,第一个最重要的文件就是:“bootloader”。“bootloader”是与操作系统无关的,无论设备上跑的是Linux还是Android,都需要“bootloader”来启动引导。  

 

关于“bootloader”,需要解释的是:处理器片上ROM中的引导代码通常由处理器厂商实现,我们无法获取也无法修改,u-boot则是具体的开发板/设备厂商实现,如果我们自己设计Android硬件设备,则也需要去修改标准的u-boot代码适配我们自己的硬件模块。 

 

u-boot编译输出文件有2个,一个是MLO,另一个是u-boot.img,因此,对于很多Android开发板而言,一定存在一个boot分区(通常是fat32格式),该分区里存放有MLO和u-boot.img这两个重要的文件。


2. uImage


由于Android系统是基于Linux内核的,因此,与嵌入式Linux启动过程一样,“bootloader”完成硬件检测和初始化配置后,第一步要做的也是加载并运行Linux内核镜像,因此,在Android设备启动过程中,除了MLO和u-boot.img文件外,另一个最重要的文件就是内核镜像uImage文件了。


注:Linux内核编译成功后,会在arch/arm/boot/目录下生成zImage文件,通过mkp_w_picpath命令,给zImage文件加上了64个字节的数据头得到uImage文件,这样才能被u-boot识别并正确引导。


3. ramdisk.img


在Linux内核启动时,首先去创建虚拟的根文件系统,然后在指定位置寻址真正的根文件系统镜像并加载到内存中,然后执行init可执行程序完成系统启动过程。


对于嵌入式Linux系统而言,一般需要用busybox等工具专门创建一个根文件系统镜像,而Android源码中已经实现了一个根文件系统,即ramdisk.img,Android内核系统启动时会首先加载ramdisk.img作为根文件系统,然后再执行init程序,解析init.rc脚本,挂载系统其他分区、开启各个进程和服务等。


因此,Android系统启动第三个必不可少的文件即ramdisk.img文件,它是Android系统的根文件系统镜像。


4. boot.img


Android系统中,通常会把zImage和ramdisk.img打包到一起,生成一个boot.img镜像文件,放到boot分区,由bootloader来引导启动,其启动过程本质也是和分开的uImage&ramdisk.img类似,只不过把两个镜像按照一定的格式合并为一个镜像而已。


bootloader如何知道去哪加载Linux内核(zImage)和根文件系统(ramdisk.img)呢?通常是由命令行参数传入bootloader程序,或者在bootloader代码中给出启动参数配置文件的路径,具体的原理可以去参考bootloader启动Linux内核相关的文章分析,这里就不做详细介绍了。


5. system.img


前面我们提到的镜像如“bootloader”,“Linux Kernel”,“文件系统”都是不包含Android系统的核心文件,那么,真正的Android操作系统核心部分在哪呢?其实就位于system.img中,它包含了Android系统的firmware、用户界面、一系列的预编译应用等等,会在内核启动后被挂载到/system分区。因此,它也是Android系统启动必不可少的镜像之一。


6. userdata.img


前面介绍的system.img镜像中包含的都是Android系统级别的数据,而“用户”的“出厂”数据则都被放到了userdata.img镜像中了,它会被挂载到文件系统的/data分区,用户新存储的数据、安装的程序均会被放置到这个分区中,如果擦除这个分区,本质上则等同于手机恢复了出厂设置,它也是Android系统启动必不可少的镜像之一。


7. 其他的镜像


前面介绍的几个都是Android系统启动涉及到的最重要的几个镜像文件,当然,编译输出还有其他的几个文件包括:用来缓存最频繁访问的数据和应用的cache.img,用来恢复系统时使用的recovery.img等,这里就不详细讲解了。


8.  小结


关于Android系统编译输出的几个镜像文件就介绍到这儿了,有任何疑问欢迎留言或者来信lujun.hust@gmail.com交流,你也可以关注我的微博 @卢_俊 获取最新的文章和资讯,谢谢。