현재 LK와 classic AOSP aboot의 범위 | LK / classic AOSP aboot

QUESTION

현재 LK와 classic AOSP aboot의 범위 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

이 글의 aboot 코드는 최신 Android bootloader를 대표하지 않는다. 현재 upstream LK와 섞지 않고 commit, SoC generation, boot image 규약을 함께 고정해야 한다.

분석 결과는 9d6e28f snapshot의 코드에만 직접 적용하며 현대 A/B, AVB, GKI 경로로 자동 일반화하지 않는다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.

범위 주의

이 페이지는 현재 upstream LK가 아니라 classic AOSP aboot 고정 커밋을 다룬다. 현대 Android의 A/B, AVB, GKI 부트 경로와 동일하다고 간주하지 않는다.

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. 현재 LK와 classic AOSP aboot의 범위에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계

입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과

01LK core

02aboot app

03target hooks

04Android boot policy

CONTRACT

이 흐름의 전제와 실패 조건

aboot app descriptor / boot mode state를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

CALL PATH

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달

LK bootstrap

APP_START(aboot)

aboot_init

boot mode select

boot or fastboot

화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.

#	단계	진입 시 신뢰할 상태	성공 뒤 남아야 할 상태	다음 소비자
01	`LK bootstrap`	classic AOSP LK app thread	LK core	APP_START(aboot)
02	`APP_START(aboot)`	LK bootstrap 완료 상태	aboot app	aboot_init
03	`aboot_init`	APP_START(aboot) 완료 상태	target hooks	boot mode select
04	`boot mode select`	aboot_init 완료 상태	Android boot policy	boot or fastboot
05	`boot or fastboot`	boot mode select 완료 상태	Android boot policy	이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.

VISUAL WALKTHROUGH

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.

그림 3. 현재 upstream LK와 classic AOSP aboot의 범위

두 열의 객체는 이름이 비슷해도 생성 시점, 사용 가능한 API와 해제 책임이 다르다.

Upstream LK

01작은 kernel core

02일반 app framework

03project/module build

04platform 독립 API

05Android boot 정책 없음

Classic aboot

01Android boot image

02boot/recovery 선택

03fastboot protocol

04partition flashing

05verified boot 초기 구현

그림 4. classic aboot가 boot mode를 선택하는 순서

호출 이름만 나열하지 않고, 각 단계가 다음 단계에 넘기는 상태를 기준으로 실행 순서를 표시한다.

01aboot app init

02key·reboot reason

03device unlock state

04normal/recovery 결정

05MMC image load

06verify·DT update

07boot_linux 또는 fastboot

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 LK / classic AOSP aboot AOSP 9d6e28f의 app/aboot/aboot.c에서 1768-1856줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit9d6e28f24ba01e563d0b3801c6c6c95d756db623anchor · L1792void aboot_init(const struct app_descriptor *app)

1768static void publish_getvar_partition_info(struct getvar_partition_info *info, uint8_t num_parts)
1769{
1770	uint8_t i;
1771
1772	for (i = 0; i < num_parts; i++) {
1773		get_partition_size(info[i].part_name, info[i].size_response);
1774
1775		if (strlcat(info[i].getvar_size, info[i].part_name, MAX_GET_VAR_NAME_SIZE) >= MAX_GET_VAR_NAME_SIZE)
1776		{
1777			dprintf(CRITICAL, "partition size name truncated\n");
1778			return;
1779		}
1780		if (strlcat(info[i].getvar_type, info[i].part_name, MAX_GET_VAR_NAME_SIZE) >= MAX_GET_VAR_NAME_SIZE)
1781		{
1782			dprintf(CRITICAL, "partition type name truncated\n");
1783			return;
1784		}
1785
1786		/* publish partition size & type info */
1787		fastboot_publish((const char *) info[i].getvar_size, (const char *) info[i].size_response);
1788		fastboot_publish((const char *) info[i].getvar_type, (const char *) info[i].type_response);
1789	}
1790}
1791
1792void aboot_init(const struct app_descriptor *app)
1793{
1794	unsigned reboot_mode = 0;
1795	unsigned usb_init = 0;
1796	unsigned sz = 0;
1797
1798	/* Setup page size information for nand/emmc reads */
1799	if (target_is_emmc_boot())
1800	{
1801		page_size = 2048;
1802		page_mask = page_size - 1;
1803	}
1804	else
1805	{
1806		page_size = flash_page_size();
1807		page_mask = page_size - 1;
1808	}
1809
1810	if(target_use_signed_kernel())
1811	{
1812		read_device_info(&device);
1813
1814	}
1815
1816	target_serialno((unsigned char *) sn_buf);
1817	dprintf(SPEW,"serial number: %s\n",sn_buf);
1818	surf_udc_device.serialno = sn_buf;
1819
1820	/* Check if we should do something other than booting up */
1821	if (keys_get_state(KEY_HOME) != 0)
1822		boot_into_recovery = 1;
1823	if (keys_get_state(KEY_VOLUMEUP) != 0)
1824		boot_into_recovery = 1;
1825	if(!boot_into_recovery)
1826	{
1827		if (keys_get_state(KEY_BACK) != 0)
1828			goto fastboot;
1829		if (keys_get_state(KEY_VOLUMEDOWN) != 0)
1830			goto fastboot;
1831	}
1832
1833	#if NO_KEYPAD_DRIVER
1834	if (fastboot_trigger())
1835		goto fastboot;
1836	#endif
1837
1838	reboot_mode = check_reboot_mode();
1839	if (reboot_mode == RECOVERY_MODE) {
1840		boot_into_recovery = 1;
1841	} else if(reboot_mode == FASTBOOT_MODE) {
1842		goto fastboot;
1843	}
1844
1845	if (target_is_emmc_boot())
1846	{
1847		if(emmc_recovery_init())
1848			dprintf(ALWAYS,"error in emmc_recovery_init\n");
1849		if(target_use_signed_kernel())
1850		{
1851			if((device.is_unlocked) || (device.is_tampered))
1852			{
1853			#ifdef TZ_TAMPER_FUSE
1854				set_tamper_fuse_cmd();
1855			#endif
1856			#if USE_PCOM_SECBOOT

READING CONTRACT

발췌 범위와 읽기 기준

원문 1768-1856줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void aboot_init(const struct app_descriptor *app)은 L1792에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

이 글의 aboot 코드는 최신 Android bootloader를 대표하지 않는다. 현재 upstream LK와 섞지 않고 commit, SoC generation, boot image 규약을 함께 고정해야 한다.

RELATED SOURCE

함께 읽어야 하는 원본 코드

첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.

01. persistent device state를 읽어 aboot 정책에 반영

app/aboot/aboot.c 1142-1222줄이다.

fileapp/aboot/aboot.canchor · L1152void read_device_info(device_info *dev)

1142	if(target_is_emmc_boot())
1143	{
1144		write_device_info_mmc(dev);
1145	}
1146	else
1147	{
1148		write_device_info_flash(dev);
1149	}
1150}
1151
1152void read_device_info(device_info *dev)
1153{
1154	if(target_is_emmc_boot())
1155	{
1156		read_device_info_mmc(dev);
1157	}
1158	else
1159	{
1160		read_device_info_flash(dev);
1161	}
1162}
1163
1164void reset_device_info()
1165{
1166	dprintf(ALWAYS, "reset_device_info called.");
1167	device.is_tampered = 0;
1168	write_device_info(&device);
1169}
1170
1171void set_device_root()
1172{
1173	dprintf(ALWAYS, "set_device_root called.");
1174	device.is_tampered = 1;
1175	write_device_info(&device);
1176}
1177
1178#if DEVICE_TREE
1179int copy_dtb(uint8_t *boot_image_start)
1180{
1181	uint32 dt_image_offset = 0;
1182	uint32_t n;
1183	struct dt_table *table;
1184	struct dt_entry *dt_entry_ptr;
1185
1186	struct boot_img_hdr *hdr = (struct boot_img_hdr *) (boot_image_start);
1187
1188	if(hdr->dt_size != 0) {
1189
1190		/* add kernel offset */
1191		dt_image_offset += page_size;
1192		n = ROUND_TO_PAGE(hdr->kernel_size, page_mask);
1193		dt_image_offset += n;
1194
1195		/* add ramdisk offset */
1196		n = ROUND_TO_PAGE(hdr->ramdisk_size, page_mask);
1197		dt_image_offset += n;
1198
1199		/* add second offset */
1200		if(hdr->second_size != 0) {
1201			n = ROUND_TO_PAGE(hdr->second_size, page_mask);
1202			dt_image_offset += n;
1203		}
1204
1205		/* offset now point to start of dt.img */
1206		table = (struct dt_table*)(boot_image_start + dt_image_offset);
1207
1208		/* Restriction that the device tree entry table should be less than a page*/
1209		ASSERT(((table->num_entries * sizeof(struct dt_entry))+ DEV_TREE_HEADER_SIZE) < hdr->page_size);
1210
1211		/* Validate the device tree table header */
1212		if((table->magic != DEV_TREE_MAGIC) && (table->version != DEV_TREE_VERSION)) {
1213			dprintf(CRITICAL, "ERROR: Cannot validate Device Tree Table \n");
1214			return -1;
1215		}
1216
1217		/* Calculate the offset of device tree within device tree table */
1218		if((dt_entry_ptr = dev_tree_get_entry_ptr(table)) == NULL){
1219			dprintf(CRITICAL, "ERROR: Getting device tree address failed\n");
1220			return -1;
1221		}
1222

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

진입 조건을 먼저 고정한다

LK bootstrap에서 들어온 실행은 classic AOSP LK app thread에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.

이 글의 aboot 코드는 최신 Android bootloader를 대표하지 않는다. 현재 upstream LK와 섞지 않고 commit, SoC generation, boot image 규약을 함께 고정해야 한다.

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 aboot app descriptor / boot mode state다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.

빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.

주소, 크기와 정렬을 계산한다

부트 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

APP_START(aboot) → aboot_init → boot mode select 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.

다른 CPU, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.

제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다

정상 경로는 boot or fastboot에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.

호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

classic aboot는 현재 upstream LK의 일반 기능이 아니다

분석 대상 commit은 Android boot image, eMMC partition과 fastboot 정책을 target app에 결합한 과거 Qualcomm 계열 구조다. 현대 LK core, A/B slot, AVB 2.0, vendor_boot와 GKI 경로를 이 코드에 그대로 대입하면 안 된다.

페이지마다 LK core source인지 aboot app source인지 repository와 commit을 표시해 계보를 분리한다.

boot image header version에 따라 field 의미가 달라진다

classic boot_img_hdr의 page_size와 physical load address는 최신 boot image header의 구성과 다르다. 문서의 최신 field를 옛 parser가 이해한다고 가정하지 않는다.

실제 제품 image를 unpack해 header version과 aboot parser branch가 일치하는지 먼저 확인한다.

보안 정책은 downstream 변경량을 포함해 읽는다

unlock 상태, signature check, tamper flag와 fastboot 허용 command는 vendor fork에서 크게 바뀐다. upstream 고정 commit의 동작을 제품 보안 보장으로 인용하지 않는다.

제품 binary의 symbol, log와 partition write 정책을 source fork와 대조한다.

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

대상	만들어지는 시점	유효 범위	확인할 조건
`aboot app descriptor / boot mode state`	APP_START(aboot)	boot or fastboot 또는 오류 정리 완료까지	진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadata	LK bootstrap	parse와 검증이 끝날 때까지	길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptor	aboot_init	하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지	중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리
hardware 또는 persistent state	실제 write/probe가 완료된 뒤	reset 또는 명시적 해제·갱신까지	쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원
`최종 부트로더 이미지`	link/image 생성 시점	다음 stage가 새 image로 교체할 때까지	적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

#	조건	관찰되는 증상	먼저 볼 단계
01	버전 혼합	존재하지 않는 함수 연결	APP_START(aboot)
02	현대 boot image header 가정	field 오해	aboot_init
03	제품 downstream patch 누락	실제 장치와 불일치	boot mode select

로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#	목적	명령 또는 계측	판정 기준
01	ELF symbol	`nm -n build-*/lk.elf \| grep 'void aboot_init'`	aboot app과 storage/USB callback의 link 주소를 확인한다.
02	boot image	`unpack_bootimg --boot_img boot.img --out out`	header version, page size, kernel·ramdisk·DT 영역을 분리해 계산한다.
03	partition 정보	`fastboot getvar all`	bootloader가 보는 slot, partition size, unlocked 상태를 기록한다.
04	USB protocol	`fastboot -v <command>`	host request와 target response가 끊기는 packet을 찾는다.
05	flash 경계	`partition base + offset + length 직접 계산`	block 단위와 byte 단위를 섞지 않았는지 검증한다.

LAB

직접 확인할 실험

01
현재 LK tree와 app/aboot 디렉터리 비교
APP_START(aboot) 진입 전후에 LK core의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
02
aboot commit의 project 목록 기록
aboot_init 진입 전후에 aboot app의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
03
boot image header version을 대상 제품과 대조
boot mode select 진입 전후에 target hooks의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글

app/aboot/aboot.cAOSP 9d6e28f 원본 파일 LK / classic AOSP aboot source tree기준 commit 9d6e28f24ba0