LK / classic AOSP aboot · source analysis

fastboot flash와 partition write

partition 이름을 찾고 raw 또는 sparse image를 eMMC에 쓰며 성공 응답을 결정하는 경로를 읽습니다.

표의 버전은 소스 분석 기준이며 최신 보안 버전 권고가 아닙니다. TF-A LTS 2.14.3 이후에는 보안 수정이 있습니다. 제품 적용 시 공식 변경 기록과 사용 플랫폼의 errata를 확인하세요.

Series
20 / 20
Baseline
AOSP 9d6e28f
Commit
9d6e28f24ba0
Source
app/aboot/aboot.c:1340-1428 (발췌 범위)

fastboot flash와 partition write 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

partition offset과 byte/block 단위, sparse chunk 누적 길이, write 완료 후 flush를 확인한다. 보안상 허용 partition 정책도 이 경계에 놓인다.

partition 범위 밖 block은 쓰지 않으며 모든 write 성공 뒤에만 OKAY를 전송해야 한다. 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.

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. fastboot flash와 partition write에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계
입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과
01partition table
02download buffer
03sparse/raw writer
04persistent blocks

partition entry / downloaded image / MMC blocks를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달
flash command
partition lookup
image type
MMC write
OKAY/FAIL

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.

단계별 입력과 출력

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

#단계진입 시 신뢰할 상태성공 뒤 남아야 할 상태다음 소비자
01flash command부트 CPU의 동기 실행 문맥partition tablepartition lookup
02partition lookupflash command 완료 상태download bufferimage type
03image typepartition lookup 완료 상태sparse/raw writerMMC write
04MMC writeimage type 완료 상태persistent blocksOKAY/FAIL
05OKAY/FAILMMC write 완료 상태persistent blocks이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드

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

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. flash 명령이 partition을 실제로 바꾸는 순서

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

01partition name parse
02ptable lookup
03unlock·critical 정책
04image type·size 검증
05erase 필요 범위
06write·flush
07readback/OKAY
그림 4. 안전한 update와 부팅 불가 update

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

보존되는 경로

01대상 partition 확인

02크기·sparse 검증

03inactive slot 우선

04write 완료 확인

05metadata 마지막 갱신

위험한 경로

01이름 prefix 오판

02erase 후 검증

03active copy 직접 손상

04short write 무시

05실패 뒤 OKAY

원본 코드

아래 코드는 LK / classic AOSP aboot AOSP 9d6e28f의 app/aboot/aboot.c에서 1340-1428줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit9d6e28f24ba01e563d0b3801c6c6c95d756db623anchor · L1364void cmd_flash_mmc_img(const char *arg
1340
1341void cmd_erase_mmc(const char *arg, void *data, unsigned sz)
1342{
1343	unsigned long long ptn = 0;
1344	unsigned int out[512] = {0};
1345	int index = INVALID_PTN;
1346
1347	index = partition_get_index(arg);
1348	ptn = partition_get_offset(index);
1349
1350	if(ptn == 0) {
1351		fastboot_fail("Partition table doesn't exist\n");
1352		return;
1353	}
1354	/* Simple inefficient version of erase. Just writing
1355       0 in first block */
1356	if (mmc_write(ptn , 512, (unsigned int *)out)) {
1357		fastboot_fail("failed to erase partition");
1358		return;
1359	}
1360	fastboot_okay("");
1361}
1362
1363
1364void cmd_flash_mmc_img(const char *arg, void *data, unsigned sz)
1365{
1366	unsigned long long ptn = 0;
1367	unsigned long long size = 0;
1368	int index = INVALID_PTN;
1369
1370	if (!strcmp(arg, "partition"))
1371	{
1372		dprintf(INFO, "Attempt to write partition image.\n");
1373		if (write_partition(sz, (unsigned char *) data)) {
1374			fastboot_fail("failed to write partition");
1375			return;
1376		}
1377	}
1378	else
1379	{
1380		index = partition_get_index(arg);
1381		ptn = partition_get_offset(index);
1382		if(ptn == 0) {
1383			fastboot_fail("partition table doesn't exist");
1384			return;
1385		}
1386
1387		if (!strcmp(arg, "boot") || !strcmp(arg, "recovery")) {
1388			if (memcmp((void *)data, BOOT_MAGIC, BOOT_MAGIC_SIZE)) {
1389				fastboot_fail("image is not a boot image");
1390				return;
1391			}
1392		}
1393
1394		size = partition_get_size(index);
1395		if (ROUND_TO_PAGE(sz,511) > size) {
1396			fastboot_fail("size too large");
1397			return;
1398		}
1399		else if (mmc_write(ptn , sz, (unsigned int *)data)) {
1400			fastboot_fail("flash write failure");
1401			return;
1402		}
1403	}
1404	fastboot_okay("");
1405	return;
1406}
1407
1408void cmd_flash_mmc_sparse_img(const char *arg, void *data, unsigned sz)
1409{
1410	unsigned int chunk;
1411	unsigned int chunk_data_sz;
1412	sparse_header_t *sparse_header;
1413	chunk_header_t *chunk_header;
1414	uint32_t total_blocks = 0;
1415	unsigned long long ptn = 0;
1416	unsigned long long size = 0;
1417	int index = INVALID_PTN;
1418
1419	index = partition_get_index(arg);
1420	ptn = partition_get_offset(index);
1421	if(ptn == 0) {
1422		fastboot_fail("partition table doesn't exist");
1423		return;
1424	}
1425
1426	size = partition_get_size(index);
1427	if (ROUND_TO_PAGE(sz,511) > size) {
1428		fastboot_fail("size too large");

발췌 범위와 읽기 기준

원문 1340-1428줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void cmd_flash_mmc_img(const char *arg은 L1364에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

partition offset과 byte/block 단위, sparse chunk 누적 길이, write 완료 후 flush를 확인한다. 보안상 허용 partition 정책도 이 경계에 놓인다.

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. Android sparse image를 chunk 단위로 기록

app/aboot/aboot.c 1398-1492줄이다.

fileapp/aboot/aboot.canchor · L1408void cmd_flash_mmc_sparse_img
1398		}
1399		else if (mmc_write(ptn , sz, (unsigned int *)data)) {
1400			fastboot_fail("flash write failure");
1401			return;
1402		}
1403	}
1404	fastboot_okay("");
1405	return;
1406}
1407
1408void cmd_flash_mmc_sparse_img(const char *arg, void *data, unsigned sz)
1409{
1410	unsigned int chunk;
1411	unsigned int chunk_data_sz;
1412	sparse_header_t *sparse_header;
1413	chunk_header_t *chunk_header;
1414	uint32_t total_blocks = 0;
1415	unsigned long long ptn = 0;
1416	unsigned long long size = 0;
1417	int index = INVALID_PTN;
1418
1419	index = partition_get_index(arg);
1420	ptn = partition_get_offset(index);
1421	if(ptn == 0) {
1422		fastboot_fail("partition table doesn't exist");
1423		return;
1424	}
1425
1426	size = partition_get_size(index);
1427	if (ROUND_TO_PAGE(sz,511) > size) {
1428		fastboot_fail("size too large");
1429		return;
1430	}
1431
1432	/* Read and skip over sparse image header */
1433	sparse_header = (sparse_header_t *) data;
1434	data += sparse_header->file_hdr_sz;
1435	if(sparse_header->file_hdr_sz > sizeof(sparse_header_t))
1436	{
1437		/* Skip the remaining bytes in a header that is longer than
1438		 * we expected.
1439		 */
1440		data += (sparse_header->file_hdr_sz - sizeof(sparse_header_t));
1441	}
1442
1443	dprintf (SPEW, "=== Sparse Image Header ===\n");
1444	dprintf (SPEW, "magic: 0x%x\n", sparse_header->magic);
1445	dprintf (SPEW, "major_version: 0x%x\n", sparse_header->major_version);
1446	dprintf (SPEW, "minor_version: 0x%x\n", sparse_header->minor_version);
1447	dprintf (SPEW, "file_hdr_sz: %d\n", sparse_header->file_hdr_sz);
1448	dprintf (SPEW, "chunk_hdr_sz: %d\n", sparse_header->chunk_hdr_sz);
1449	dprintf (SPEW, "blk_sz: %d\n", sparse_header->blk_sz);
1450	dprintf (SPEW, "total_blks: %d\n", sparse_header->total_blks);
1451	dprintf (SPEW, "total_chunks: %d\n", sparse_header->total_chunks);
1452
1453	/* Start processing chunks */
1454	for (chunk=0; chunk<sparse_header->total_chunks; chunk++)
1455	{
1456		/* Read and skip over chunk header */
1457		chunk_header = (chunk_header_t *) data;
1458		data += sizeof(chunk_header_t);
1459
1460		dprintf (SPEW, "=== Chunk Header ===\n");
1461		dprintf (SPEW, "chunk_type: 0x%x\n", chunk_header->chunk_type);
1462		dprintf (SPEW, "chunk_data_sz: 0x%x\n", chunk_header->chunk_sz);
1463		dprintf (SPEW, "total_size: 0x%x\n", chunk_header->total_sz);
1464
1465		if(sparse_header->chunk_hdr_sz > sizeof(chunk_header_t))
1466		{
1467			/* Skip the remaining bytes in a header that is longer than
1468			 * we expected.
1469			 */
1470			data += (sparse_header->chunk_hdr_sz - sizeof(chunk_header_t));
1471		}
1472
1473		chunk_data_sz = sparse_header->blk_sz * chunk_header->chunk_sz;
1474		switch (chunk_header->chunk_type)
1475		{
1476			case CHUNK_TYPE_RAW:
1477			if(chunk_header->total_sz != (sparse_header->chunk_hdr_sz +
1478											chunk_data_sz))
1479			{
1480				fastboot_fail("Bogus chunk size for chunk type Raw");
1481				return;
1482			}
1483
1484			if(mmc_write(ptn + ((uint64_t)total_blocks*sparse_header->blk_sz),
1485						chunk_data_sz,
1486						(unsigned int*)data))
1487			{
1488				fastboot_fail("flash write failure");
1489				return;
1490			}
1491			total_blocks += chunk_header->chunk_sz;
1492			data += chunk_data_sz;

내부 동작을 더 깊게 읽기

01

진입 조건을 먼저 고정한다

flash command에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 문맥에 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.

partition offset과 byte/block 단위, sparse chunk 누적 길이, write 완료 후 flush를 확인한다. 보안상 허용 partition 정책도 이 경계에 놓인다.

02

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 partition entry / downloaded image / MMC blocks다. 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.

03

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.

04

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

partition lookup → image type → MMC write 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.

05

제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다

정상 경로는 OKAY/FAIL에서 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.

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

01

partition lookup 결과를 byte range로 다시 검산한다

partition name으로 얻은 start LBA와 size를 storage block size로 변환하고 sparse/raw image 길이가 범위 안인지 64-bit로 계산한다. eMMC hardware partition 선택이 user area와 섞이지 않도록 현재 partition을 기록한다.

slot suffix나 alias가 적용된 최종 partition 이름을 쓰기 직전에 출력한다.

02

sparse image parser는 untrusted length의 연속이다

chunk header의 total size, block count와 payload length를 검증하고 output block cursor가 partition end를 넘지 않게 한다. DONT_CARE와 FILL chunk도 output size를 소비한다는 점을 포함한다.

integer overflow와 truncated final chunk를 각각 주입해 write가 시작되기 전에 거부되는지 확인한다.

03

erase 후 write 실패는 복구 불가능 상태를 만들 수 있다

단일 boot partition을 먼저 erase하는 구현은 전원 차단에 취약하다. redundant slot, staging 영역 또는 verification 후 slot switch 같은 제품 수준 atomicity가 필요하다.

locked device, critical partition과 rollback index 관련 command가 확실히 차단되는지 실제 권한 상태별로 시험한다.

객체와 수명

대상만들어지는 시점유효 범위확인할 조건
partition entry / downloaded image / MMC blockspartition lookupOKAY/FAIL 또는 오류 정리 완료까지진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadataflash commandparse와 검증이 끝날 때까지길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptorimage type하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리
hardware 또는 persistent state실제 write/probe가 완료된 뒤reset 또는 명시적 해제·갱신까지쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원
최종 부트로더 이미지link/image 생성 시점다음 stage가 새 image로 교체할 때까지적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부

실패 지점과 증상

#조건관찰되는 증상먼저 볼 단계
01partition 이름 alias 오류다른 영역 overwritepartition lookup
02sparse chunk 합계 overflow범위 검사 우회image type
03write 오류 무시손상된 image를 성공 처리MMC write

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

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.

#목적명령 또는 계측판정 기준
01ELF symbolnm -n build-*/lk.elf | grep 'void cmd_flash_mmc_img'aboot app과 storage/USB callback의 link 주소를 확인한다.
02boot imageunpack_bootimg --boot_img boot.img --out outheader version, page size, kernel·ramdisk·DT 영역을 분리해 계산한다.
03partition 정보fastboot getvar allbootloader가 보는 slot, partition size, unlocked 상태를 기록한다.
04USB protocolfastboot -v <command>host request와 target response가 끊기는 packet을 찾는다.
05flash 경계partition base + offset + length 직접 계산block 단위와 byte 단위를 섞지 않았는지 검증한다.

직접 확인할 실험

  1. 01
    GPT와 내부 partition table offset 대조

    partition lookup 진입 전후에 partition table의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  2. 02
    끝 block을 넘는 sparse image 거부 확인

    image type 진입 전후에 download buffer의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  3. 03
    중간 write 실패를 주입해 FAIL과 재부팅 상태 확인

    MMC write 진입 전후에 sparse/raw writer의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

원문과 다음 글