AndroidLinux Kernel and driver
- Android system overview
- Bootloader--EDK2 UEFI boot
- Linux Kenel init flow
- Linux driver
1. Android 系統框架
1）應用程式層
2）應用程式框架層
3）系統執行庫層
a）系統庫
b）Android執行時
4）Linux核心層
Android 系統啟動過程
Power on Sequence
- Power button is pressed and this launches the ROM code on the RPM
- SBL1 code runs on RPM processor
- Bootloader on main apps processor runs (LK or EDK2 UEFI boot)
- Apps bootloader launches the HLOS (Android)
- Initial startup code on HLOS launches other processors: Riva (wifi), DSPs, etc.
2. Bootloader--EDK2 UEFI boot
2.1 UEFI boot flow-Sec階段
SEC（Security Phase）階段是平臺初始化的第一個階段，計算機系統加電後進入這個階段。
1）接收並處理系統啟動和重啟訊號
2）初始化臨時儲存區域
3）作為可信系統的根
4）傳遞系統引數給下一階段（即PEI）
程式碼路徑:
EDK2/ArmPlatformPkg/Sec/Arm/SecEntryPoint.S JMPT to Sec C code( CEntryPoint)
EDK2/ArmPlatformPkg/Sec/Sec.c (CEntryPoint)
EDK2/CoreBootModulePkg/SecCore/SecMain.c (SecStartup() ->
SecStartupPhase2 ->
FindAndReportEntryPoint( … ,&PeiCoreEntryPoint)
(*PeiCoreEntryPoint) (SecCoreData, …)
2.2 UEFI boot flow-PEI階段
PEI執行流程
PEI（Pre-EFI Initialization）階段資源仍然十分有限，記憶體到了PEI後期才被初始化，其主要功能是為DXE準備執行環境，將需要傳遞到DXE的資訊組成HOB（Handoff Block）列表，最終將控制權轉交到DXE手中。
程式碼路徑
EDK2/Mdepkg/Library/PeiCoreEntryPoint/ PeiCoreEntryPoint.inf / .c
EDK2/MdeModulePkg/Core/Pei/PeiMain/PeiMian.c ---PeiCore() ->
LeadDxe IPL PPI—>
PeiServiceLocatePpt(&EfiDxeIplPpiGuid, 0,Null, (Void **)&TempPtr.DxeIpl);
EDK2/MdeModulePkg/Core/DxeIplPeim/DxeLoad.c
PeimInitializeDxeIpl() - >
DxeLoadCore()
2.3 DXE執行流程
DXE（Driver Execution Environment）階段執行大部分系統初始化工作，進入此階段時，記憶體已經可以被完全使用，因而此階段可以進行大量的複雜工作。從程式設計的角度講，DXE階段與PEI階段相似，執行流程如圖
程式碼路徑：
EDK2/MdeModulePkg/Core/Dxe/DxeMain/DxeMain.c DxeMain()
2.4 BDS階段
BDS（Boot Device Selection）的主要功能是執行啟動策略，其主要功能包括：
初始化控制檯裝置。
載入必要的裝置驅動。
根據系統設定載入和執行啟動項。
如果載入啟動項失敗，系統將重新執行DXE dispatcher以載入更多的驅動，然後重新嘗試載入啟動項。
使用者選中某個啟動項（或系統進入預設的啟動項）後，OS Loader啟動，系統進入TSL階段。
EDK2/ArmPlatformPkg/Bds/Bds.c
EDK2/Universal/BdsDxe/BdsEntry.c
EDK2/ArmPlatformPkg/Bds/BootOption.c
EDK2/ArmPlatformPkg/Bds/BootLinux.c
bootloader/edk2/ArmPkg/Application/LinuxLoader/Arm/LinuxStarter.c
bootloader/edk2/ArmPkg/Application/LinuxLoader/AArch64/LinuxStarter.c ---
StartLinux()--> LinuxKernel(...KernelParamasAddress)
2.5 TSL –RT--AL階段
TSL階段
TSL（Transient System Load）是作業系統載入器（OS Loader）執行的第一階段，在這一階段OS Loader作為一個UEFI應用程式執行，系統資源仍然由UEFI核心控制。當啟動服務的ExitBootServices()服務被呼叫後，系統進入Run Time階段。
UEFI Shell是這個臨時系統的人機互動介面。正常情況下，系統不會進入UEFI Shell，而是直接執行作業系統載入器
RT階段
系統進入RT（Run Time）階段後，系統的控制權從UEFI核心轉交到OS Loader手中，UEFI佔用的各種資源被回收到OS Loader，僅有UEFI執行時服務保留給OS Loader和OS使用。隨著OS Loader的執行，OS最終取得對系統的控制權。
AL階段
在RT階段，如果系統（硬體或軟體）遇到災難性錯誤，系統韌體需要提供錯誤處理和災難恢復機制，這種機制執行在AL（After Life）階段。UEFI和UEFI PI標準都沒有定義此階段的行為和規範。
3. Linux Kenel init flow
Start_Kernel：
kernel/init/main.c --start_kernel()
-> rest_init()
-> kernel_init()
-> kernel_init_freeable();
-> do_basic_setup() ,load_default_modules()
-> driver_init(), do_initcalls()
-> do_initcall_level()
-> do_one_initcall(fn)
----do_init_module() -> do_one_initcall(mod->init)
kernel/kernel/module.c----- load_module()
module_init：
module_init（) defined in include\/linux/\module.h
fn是module_init的引數，fn是一個函式指標（函式名）。
module_init(fn)---> __initcall(fn) ---> device_initcall(fn) ---> __define_initcall(fn, 6)
所以當我們寫module_init(fn)最終我們可以簡化成以下內容(假設module_init的引數為test_init)
module_init(test_init) ---> __define_initcall(test_init, 6)
4. Linux driver
4.1 linux系統將裝置分類
linux系統將裝置分為3類：字元裝置、塊裝置、網路裝置。使用驅動程式
字元裝置：
滑鼠，鍵盤，串列埠，控制檯，LED裝置等。
塊裝置：
硬碟，磁碟，SD卡，U盤。
網路介面裝置：WIFI,藍芽等
Linux driver structure
Linux 字元驅動模型
STRUCT 定義檔案路徑
Kernel/include/linux/cdev.h define struct cdev , cdev_init, cdev_add, cdev_del, cdev_put
Kernel/include/linux/kobject.h define struct kobject ,kobject_init, kobject_add,kobject_del,
Kernel/include/linux/kdev.h
Kernel/include/linux/file.h define struct fd,
Kernel/include/linux/fs.h define stuct file_oprations ,inode_oprations, file (line915).
Kernel/include/linux/module.h define struct module,
Kernel/include/linux/device.h define device(line778), device_driver,
Kernel/include/linux/types.h typedef __u32 _kernel_dev_t, devt_t.
Module driver定義
Module_driver() ---defined in kernel /include/linux/device.h -> module_init(), module_exit()
Module_hid_drver() –defined in kenrel/include/linux/hid.h
Module_init() --defined in kenrel/include/linux/module.h
Linux字元驅動HID-LED驅動
路徑：Kernel/drivers/hid/hid-led.c
static struct hid_driver hidled_driver = {
.name = "hid-led",
.probe = hidled_probe,
.id_table = hidled_table,
};
module_hid_driver(hidled_driver);
static int hidled_probe(struct hid_device *hdev, const struct hid_device_id *id)
{
ldev = devm_kzalloc(&hdev->dev, sizeof(*ldev), GFP_KERNEL);
ldev->buf = devm_kmalloc(&hdev->dev, MAX_REPORT_SIZE, GFP_KERNEL);
ret = hid_parse(hdev);
ldev->hdev = hdev;
mutex_init(&ldev->lock);
ret = hidled_init_rgb(&ldev->rgb[i], minor);
hid_info(hdev, "%s initialized\n", ldev->config->name);
...
return 0;
}
Platform driver-
kernel/include/linux/platform_device.h
#define module_platform_driver(__platform_driver) \
module_driver(__platform_driver, platform_driver_register, \
platform_driver_unregister)
Module driver define:
kernel/include/linux/device.h
#define module_driver(__driver, __register, __unregister, ...) \
static int __init __driver##_init(void) \
{ \
return __register(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_init(__driver##_init); \
static void __exit __driver##_exit(void) \
{ \
__unregister(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_exit(__driver##_exit);
I2C driver—
kernel/include/linux/i2c.h
#define module_i2c_driver(__i2c_driver) \ module_driver(__i2c_driver, i2c_add_driver,\
i2c_del_driver)
SPI driver define
kernel/include/linux/spi/spi.h
struct spi_driver {
const struct spi_device_id *id_table;
Int (*probe)(struct spi_device *spi);
Int (*remove)(struct spi_device *spi);
Void (*shutdown)(struct spi_device *spi);
Int (*suspend)(struct spi_device *spi, pm_message_t mesg);
Int (*resume)(struct spi_device *spi);
struct device_driverdriver;
};
#define module_spi_driver(__spi_driver) \
module_driver(__spi_driver, spi_register_driver, \
spi_unregister_driver)