rk3288 linux OTA A/B升级分析

╰+攻爆jí腚メ 2022-09-11 12:09 691阅读 0赞

最近在做rk3288 linux的OTA A/B升级方案，因此研究了一下rk3288自带的OTA升级流程，将其记录下来。

1.概述  
1.1 什么是OTA升级？  
OTA是Over-the-Air的简称，OTA升级可以理解为用户正常使用过程中进行升级，OTA 升级旨在升级基础操作系统、系统分区上安装的只读应用和/或时区规则。

1.2 什么是OTA A/B升级？  
A/B 系统升级（也称为无缝更新）的目标是确保在OTA升级期间在磁盘上保留一个可正常启动和使用的系统。

1.3 rk3288分区信息  
参考：https://github.com/rockchip-linux/docs/blob/master/Tools/Rockchip-Parameter-File-Format-Version1.4.pdf

Rockchip android系统平台使用parameter文件来配置一些系统参数,比如固件版本,存储器分区信息等。

以下是一个典型的parameter.txt文件内容：

FIRMWARE_VER: 8.1
    MACHINE_MODEL:rk3288
    MACHINE_ID:007
    MANUFACTURER:RK3288
    MAGIC: 0x5041524B
    ATAG: 0x00200800
    MACHINE: 3288
    CHECK_MASK: 0x80
    PWR_HLD: 0,0,A,0,1
    TYPE: GPT
    CMDLINE: mtdparts=rk29xxnand:0x00002000@0x00004000(uboot),0x00002000@0x00006000(trust),0x00002000@0x00008000(misc),0x00010000@0x0000a000(boot),0x00010000@0x0001a000(recovery),0x00010000@0x0002a000(backup),0x00020000@0x0003a000(oem),0x00700000@0x0005a000(rootfs),-@0x0075a000(userdata:grow)
    uuid:rootfs=614e0000-0000-4b53-8000-1d28000054a9

这里重点关注其中的CMDLINE中的MTD分区定义：

例如：0x00700000@0x0005a000(rootfs)，@符号之前的数值是分区大小,@符号之后的数值是分区的起始位置,括号里面的字符是分区的名字。所有数值的单位是sector,1个sector为512Bytes。此处定义了一个名为rootfs的分区，其大小为0x00700000个sector（3GB），起始位置为0x0005a000个sector（180MB）。

1.4 rk3288 linux SDK获取  
参考https://github.com/rockchip-linux/docs/blob/master/Rockchip\_Developer\_Guide\_Linux\_Software\_CN.pdf

以下代码路径均以SDK为根

2.rk3288 OTA升级  
2.1 升级流程  
运行update程序，命令为update ota /path/to/update.img  
update程序解析update.img文件，升级recovery分区  
update程序将升级指令写入misc分区，重启  
重启后进入uboot，uboot解析misc分区中的命令，如果是升级指令，则从recovery分区引导  
进入recovery模式，执行rkupdate程序，该程序将update.img中包含的各分区包写入到对应位置，然后清除misc分区中的命令，完成升级  
重启，进入正常使用  
rk3288 OTA升级流程涉及到update程序，misc分区，uboot，recovery分区，rkupdate程序。

2.2 update程序  
update程序的源码位于buildroot/package/rockchip/update/路径下，进行OTA升级时其代码调用路径如下：

main()->WriteFwData()->GetFwSize()   # get update.img's size
                         ->GetFwOffset() # get firmware offset in update.img
                         ->if recovery partition exist both in flash and update.img, read it from update.img and write to flash
          ->CheckFwData() # binary check recovery partition's data
          ->rebootUpdate()->installPackage()->bootCommand() # write struct android_bootloader_message to misc partition offset 16 *1024, then reboot
     
    struct android_bootloader_message {
        char command[32];
        char status[32];
        char recovery[768];
     
        /* The 'recovery' field used to be 1024 bytes.  It has only ever
         * been used to store the recovery command line, so 768 bytes
         * should be plenty.  We carve off the last 256 bytes to store the
         * stage string (for multistage packages) and possible future
         * expansion. */
        char stage[32];
     
        /* The 'reserved' field used to be 224 bytes when it was initially
         * carved off from the 1024-byte recovery field. Bump it up to
         * 1184-byte so that the entire bootloader_message struct rounds up
         * to 2048-byte. */
        char reserved[1184];
    };

可见，update程序主要功能是：

如果update.img文件中包括recovery分区内容，则升级recovery分区  
将android\_bootloader\_message写入misc分区16KB偏移处，android\_bootloader\_message中包含了下次启动时供uboot读取的升级指令  
2.3 uboot启动流程  
uboot源码位于u-boot/目录下，rk3288开机默认执行的是boot\_android指令，该指令对应的入口为do\_boot\_android()，位于u-boot/cmd/boot\_android.c

do_boot_android()->android_bootloader_boot_flow()->part_get_info_by_name("misc", ...)
                                                     ->android_bootloader_load_and_clear_mode()
                                                     ->if ANDROID_BOOT_MODE_NORMAL->boot part is ANDROID_PARTITION_BOOT
                                                     ->if ANDROID_BOOT_MODE_RECOVERY->boot part is ANDROID_PARTITION_RECOVERY
                                                     ->if ANDROID_BOOT_MODE_BOOTLOADER->android_bootloader_boot_bootloader()
                                                     ->android_image_load(boot_part_info, ...)
                                                     ->android_assemble_cmdline()
                                                     ->android_bootloader_boot_kernel()->do_bootm()->...

可见，uboot启动时从misc分区中获取command用以决定从哪个分区读取内核。OTA升级时会从recovery分区引导。

2.4 recovery分区  
recovery分区启动后会启动recovery程序，recovery程序的源码位于external/recovery/目录下，recovery程序是AOSP（Android Open Source Project）提供的，rockchip在其基础上改动，增加了对rkupdate程序的调用。具体的recovery分区和recovery程序的代码由于没有走读，故此略过。

2.5 rkupdate程序  
rkupdate程序位于external/rkupdate/目录下，OTA升级时，其调用流程如下：

main()->do_rk_firmware_upgrade()->CRKAndroidDevice::GetFlashInfo()
                                    ->CRKAndroidDevice::DownloadImage()->get struct STRUCT_RKIMAGE_HDR from update.img
                                                                       ->for item in update.img do CRKAndroidDevice::RKA_File_Download()
                                                                       ->for item in update.img do CRKAndroidDevice::RKA_File_Check()

3.OTA A/B升级方案  
通过前面的分析，参考AOSP的A/B升级方案（https://source.android.google.cn/devices/tech/ota/ab）rk3288 OTA A/B升级可以基于现有的OTA升级流程进行修改实现。

3.1 分区信息修改  
修改parameter.txt，支持slot A和slot B，slot A包括boot\_a分区和system\_a分区，slot B包括boot\_b分区和system\_b分区。

典型的A/B parameter.txt如下：

FIRMWARE_VER: 8.1
    MACHINE_MODEL:rk3288
    MACHINE_ID:007
    MANUFACTURER:RK3288
    MAGIC: 0x5041524B
    ATAG: 0x00200800
    MACHINE: 3288
    CHECK_MASK: 0x80
    PWR_HLD: 0,0,A,0,1
    TYPE: GPT
    CMDLINE: mtdparts=rk29xxnand:0x00002000@0x00004000(uboot),0x00002000@0x00006000(trust),0x00002000@0x00008000(misc),0x00010000@0x0000a000(boot_a),0x00010000@0x0001a000(boot_b),0x00010000@0x0002a000(recovery),0x00010000@0x0003a000(backup),0x00400000@0x0004a000(system_a),0x00400000@0x0044a000(system_b),0x00020000@0x0084a000(oem),-@0x0086a000(userdata:grow)
    uuid:rootfs=614e0000-0000-4b53-8000-1d28000054a9

上面的分区信息中保留了recovery分区，在实施时可以去掉。

3.2 uboot修改  
uboot中原本包含了A/B启动的代码，主要需要将u-boot/configs/rk3288\_defconfig修改；由于现在不再进入recovery模式，还需要修改u-boot/common/android\_bootloader.c中android\_bootloader\_boot\_flow()中对启动模式的判断部分。其中u-boot/configs/rk3288\_defconfig需要增加以下内容：

+CONFIG_SHA256=y
    +CONFIG_AVB_LIBAVB=y
    +CONFIG_AVB_LIBAVB_AB=y
    +CONFIG_AVB_LIBAVB_ATX=y
    +CONFIG_AVB_LIBAVB_USER=y
    +CONFIG_RK_AVB_LIBAVB_USER=y
    +CONFIG_ANDROID_AB=y

打开CONFIG\_ANDROID\_AB后，android\_bootloader\_boot\_flow()中会增加对A/B分区的选择，其调用流程如下：

android\_bootloader\_boot\_flow()->rk\_avb\_get\_current\_slot()->rk\_avb\_ab\_slot\_select()->avb\_ab\_data\_read()->read\_from\_partition()  
                                                                                  ->avb\_ab\_data\_verify\_and\_byteswap()->avb\_crc32()  
   
/\* Struct used for recording per-slot metadata.  
 \*  
 \* When serialized, data is stored in network byte-order.  
 \*/  
typedef struct AvbABSlotData \{  
  /\* Slot priority. Valid values range from 0 to AVB\_AB\_MAX\_PRIORITY,  
   \* both inclusive with 1 being the lowest and AVB\_AB\_MAX\_PRIORITY  
   \* being the highest. The special value 0 is used to indicate the  
   \* slot is unbootable.  
   \*/  
  uint8\_t priority;  
   
  /\* Number of times left attempting to boot this slot ranging from 0  
   \* to AVB\_AB\_MAX\_TRIES\_REMAINING.  
   \*/  
  uint8\_t tries\_remaining;  
   
  /\* Non-zero if this slot has booted successfully, 0 otherwise. \*/  
  uint8\_t successful\_boot;  
   
  /\* Reserved for future use. \*/  
  uint8\_t reserved\[1\];  
\} AVB\_ATTR\_PACKED AvbABSlotData;  
   
/\* Struct used for recording A/B metadata.  
 \*  
 \* When serialized, data is stored in network byte-order.  
 \*/  
typedef struct AvbABData \{  
  /\* Magic number used for identification - see AVB\_AB\_MAGIC. \*/  
  uint8\_t magic\[AVB\_AB\_MAGIC\_LEN\];  
   
  /\* Version of on-disk struct - see AVB\_AB\_\{MAJOR,MINOR\}\_VERSION. \*/  
  uint8\_t version\_major;  
  uint8\_t version\_minor;  
   
  /\* Padding to ensure |slots| field start eight bytes in. \*/  
  uint8\_t reserved1\[2\];  
   
  /\* Per-slot metadata. \*/  
  AvbABSlotData slots\[2\];  
   
  /\* Reserved for future use. \*/  
  uint8\_t reserved2\[12\];  
   
  /\* CRC32 of all 28 bytes preceding this field. \*/  
  uint32\_t crc32;  
\} AVB\_ATTR\_PACKED AvbABData;  
android\_bootloader\_boot\_flow()流程中从misc分区的2048字节处读取struct AvbABData结构，然后根据SLOT的priority，tries\_remaining，和successful\_boot判断从SLOT A还是SLOT B启动，具体的判断逻辑代码如下：

static bool slot\_is\_bootable(AvbABSlotData\* slot) \{  
    return (slot->priority > 0) &&   
           (slot->successful\_boot || (slot->tries\_remaining > 0));  
\}  
   
if (slot\_is\_bootable(&ab\_data.slots\[0\]) && slot\_is\_bootable(&ab\_data.slots\[1\])) \{  
        if (ab\_data.slots\[1\].priority > ab\_data.slots\[0\].priority) \{  
            slot\_index\_to\_boot = 1;  
        \} else \{  
            slot\_index\_to\_boot = 0;  
        \}  
    \} else if(slot\_is\_bootable(&ab\_data.slots\[0\])) \{  
        slot\_index\_to\_boot = 0;  
    \} else if(slot\_is\_bootable(&ab\_data.slots\[1\])) \{  
        slot\_index\_to\_boot = 1;  
    \} else \{  
        avb\_error("No bootable slots found.\\n");  
        ret = AVB\_AB\_FLOW\_RESULT\_ERROR\_NO\_BOOTABLE\_SLOTS;  
        goto out;  
    \}  
   
    if (slot\_index\_to\_boot == 0) \{  
        strcpy(select\_slot, "\_a");  
    \} else if(slot\_index\_to\_boot == 1) \{  
        strcpy(select\_slot, "\_b");  
    \}  
3.3 rkupdate修改  
rkupdate程序的修改涉及以下：

获取当前系统是SLOT A还是SLOT B，可以从/proc/cmdline中读取，如：androidboot.slot\_suffix=\_a，该参数是uboot启动内核时设置的参数，可以参见uboot代码  
由于现在有两个SLOT，因此修改更新flash的流程，如果当前系统是SLOT A，则更新SLOT B对应的数据  
更新misc中struct AvbABData，位于misc分区2048字节位置。  
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