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Firefly-RK3288 双系统启动的设计和实现
发表于 2014-10-22 10:57:33
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本帖最后由 busybee 于 2014-10-23 15:31 编辑
前言
如何在安卓系统里加入 Linux 系统，实现双系统的共存和切换呢？
安卓有所谓的急救(recovery)模式，急救模式所用到的映像是独立的内核和初始内存根文件系统(initramfs)，放在 recovery 分区里。这个 recovery 分区就是最好的放置 Linux 的地方。
分区
我们先来看看纯安卓的存储分区情况。分区信息在 parameter 文件里的 CMDLINE 行：
- FIRMWARE_VER:4.4.2
- MACHINE_MODEL:rk30sdk
- MACHINE_ID:007
- MANUFACTURER:RK30SDK
- MAGIC: 0x5041524B
- ATAG: 0x60000800
- MACHINE: 3066
- CHECK_MASK: 0x80
- PWR_HLD: 0,0,A,0,1
- #KERNEL_IMG: 0x62008000
- #FDT_NAME: rk-kernel.dtb
- #RECOVER_KEY: 1,1,0,20,0
- CMDLINE:console=ttyFIQ0 androidboot.hardware=rk30board androidboot.console=ttyFIQ0 board.ap_has_alsa=0 init=/init initrd=0x62000000,0x00800000 mtdparts=rk29xxnand:0x00002000@0x00002000(uboot),0x00002000@0x00004000(misc),0x00008000@0x00006000(resource),0x00008000@0x0000e000(kernel),0x00010000@0x00016000(boot),0x00010000@0x00026000(recovery),0x0001a000@0x00036000(backup),0x00040000@0x00050000(cache),0x00002000@0x00090000(kpanic),0x00180000@0x00092000(system),0x00002000@0x00212000(metadata),0x00200000@0x00214000(userdata),0x00020000@0x00414000(radical_update),-@0x00434000(user)
CMDLINE 是传递到内核的命令行，参数 mtdparts 就含有分区信息，其格式是：
- 0x00002000@0x00002000(uboot)
- 大小 偏移 分区名称
- 单位是 512 字节（即传统磁盘的扇区大小）。
转换成表格比较直观些：
| 分区大小（字节） | 分区名称 | | 4M | uboot | | 4M | misc | | 16M | resource | | 16M | kernel | | 32M | boot | | 32M | recovery | | 52M | backup | | 128M | cache | | 4M | kpanic | | 768M | system | | 4M | metadata | | 1G | userdata | | 64M | radical_update | | 总容量-2152M | user |
- uboot ：是用来存放第二阶段(stage two) u-boot，开发板用的是 eMMC 分区，其 u-boot 不需要分阶段，所以此处没用上。
- misc ：非常有用的一个分区，下面会介绍到，用来控制启动模式的。
- resource ：存放内核的开机图片和设备树(Device Tree)信息。
- kernel ：存放安卓的内核
- boot : 存放安卓的正常系统启动的初始内存文件系统(initramfs)。注意，如果在 OTA 方式下， boot 分区跟 recovery 分区一样，含有内核和初始内存文件系统，此时 kernel 分区不作使用。
- recovery : 存放安卓急救模式所使用到的内核和初始内存文件系统。
- backup : RK 设计的用来存放备份固件的分区, Firefly-RK3288 没有用到。
- cache : 安卓的缓存分区
- kpanic : 安卓的 kernel panic 分区（？）
- system : 安卓的系统分区（挂载于 /system ）
- metadata : RK 的元数据分区，使用情况不详
- userdata : 安卓的数据分区（挂载于 /data ）
- radical_update : RK 的升级分区，使用情况不详
- user : 安卓的内部存储分区（挂载于 /mnt/sdcard ）
我们需要增加一个名为 'linuxroot' 的新分区，用来存放 Linux 的根文件系统。为了使分区保持兼容，我们选择了替换 radical_update 分区，容量给够 3G ：
| 1G | userdata | | 3136M | linuxroot | | 总容量-5224M | user |
这样，修改后的 parameter 文件，其 CMDLINE 更改为：
- CMDLINE:console=ttyFIQ0 androidboot.hardware=rk30board androidboot.console=ttyFIQ0 board.ap_has_alsa=0 root=/dev/block/mtd/by-name/linuxroot rw rootfstype=ext4 init=/sbin/init initrd=0x62000000,0x00800000 mtdparts=rk29xxnand:0x00002000@0x00002000(uboot),0x00002000@0x00004000(misc),0x00008000@0x00006000(resource),0x00008000@0x0000e000(kernel),0x00010000@0x00016000(boot),0x00010000@0x00026000(recovery),0x0001a000@0x00036000(backup),0x00040000@0x00050000(cache),0x00002000@0x00090000(kpanic),0x00180000@0x00092000(system),0x00002000@0x00212000(metadata),0x00200000@0x00214000(userdata),0x00620000@0x00414000(linuxroot),-@0x00a34000(user)
如何进入 Linux
接下来的事情是解决如何进入 Linux, 因为我们将 Linux 放在 recovery 分区，因此，问题等价于如何进入安卓的急救模式。以下有几种方式：
- 拔掉 USB 线，按住开发板的 recovery 键开机（无论是初次上电、重启或按 reset 键开机都可以）。这是临时性的切换，下次开机不按，还是会进入 Linux 。
- 在安卓系统的设置里选择恢复出厂设置。实际上，恢复出厂设备这个功能已被阉割了，重启后会进入 Linux。
- Firefly-RK3288 在安卓系统的关机菜单（点底部工具栏的关机按钮进入）增加了一项切换系统的选择，非常人性化。当然，它是检测到 linuxroot 分区才会出现，也就是说单系统是不会出现的。
- 将 SDK 里的 rkst/Image/misc.img 刷进到 misc 分区。
2~4 项都是通过写 misc 分区，达到切换到 recovery，这里也即是 Linux 的目的。
用 hexdump 命令可以方便地查看 misc.img 的内容：
- $ hexdump -C rkst/Image/misc.img
- 00000000 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
- *
- 00004000 62 6f 6f 74 2d 72 65 63 6f 76 65 72 79 00 00 00 |boot-recovery...|
- 00004010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
- *
- 00004040 72 65 63 6f 76 65 72 79 0a 2d 2d 77 69 70 65 5f |recovery.--wipe_|
- 00004050 61 6c 6c 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |all.............|
- 00004060 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
- *
- 0000c000
可见，前 16K (0x4000) 字节都是 0，然后是一个 "boot-recovery" 命令，后面又跟着 "recovery", "--wipe_all" 这些动作和参数。
启动加载器(bootloader, 这里是 u-boot)，会读出这个分区的内容，如果是 "boot-recovery"，则加载 recovery 分区。
第一次启动
虽然说去掉了安卓恢复出厂设置的功能，但初始设置还是不可缺少的。
我们在 Linux 的根文件系统里增加了一个标志文件 /firstboot 。当 Linux 启动，检测到此文件存在，便判断这是第一次启动，需要做以下安卓系统的初始化动作：
- 使用 resize2fs 扩展根文件系统，修正文件系统的容量信息
- 格式化 userdata 分区
- 格式化 cache 分区
- 格式化 metadata 分区
- 格式化 user 分区
- 删除标志文件 /firstboot
- 重启回安卓系统
实现细节在在 /etc/rc.local 里:
- /usr/local/bin/mtd-by-name.sh
- if [ -e /firstboot ]; then
- echo "======Expanding the rootfs..."
- resize2fs /dev/block/mtd/by-name/linuxroot
- if [ -e /dev/block/mtd/by-name/userdata ]; then
- echo "=======Formatting userdata(/data)..."
- mkfs.ext4 /dev/block/mtd/by-name/userdata
- echo "=======Formatting metadata(/metadata)..."
- mkfs.ext4 /dev/block/mtd/by-name/metadata
- echo "=======Formatting cache(/cache)..."
- mkfs.ext4 /dev/block/mtd/by-name/cache
- echo "=======Formatting user(/sdcard)..."
- mkfs.vfat /dev/block/mtd/by-name/user
- # reboot to android
- dd if=/dev/zero of=/dev/block/mtd/by-name/misc bs=16k count=3
- rm -f /firstboot
- sync
- reboot
- fi
- rm -f /firstboot
- fi
如何从 Linux 切换回 Android
很简单，写个脚本将 misc 分区清空，然后重启即可：
- sudo dd if=/dev/zero of=/dev/block/mtd/by-name/misc bs=16k count=3
- sudo reboot
/usr/local/bin/b2android.sh 脚本正是干这事的。
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