LK / classic AOSP aboot · source analysis

classic aboot의 Linux 진입

ATAG 또는 DT 주소, machine type과 kernel entry를 준비하고 cache/MMU를 정리해 Linux로 분기하는 코드를 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
17 / 20
Baseline
AOSP 9d6e28f
Commit
9d6e28f24ba0
Source
app/aboot/aboot.c:423-511 (발췌 범위)

classic aboot의 Linux 진입 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

함수 포인터 호출 한 줄보다 그 직전의 장치 종료와 cache 처리, argument register 계약이 중요하다. 32-bit ARM boot protocol이라는 시대적 범위도 표시한다.

kernel entry에 전달되는 r0-r2와 CPU 상태가 해당 kernel boot protocol과 일치해야 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. classic aboot의 Linux 진입에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계
입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과
01kernel address
02tags/DT pointer
03machine type
04CPU handoff state

kernel entry / tags or DT pointer를 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
loaded image
cmdline/DT or tags
platform uninit
cache/MMU off
kernel entry

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

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#단계진입 시 신뢰할 상태성공 뒤 남아야 할 상태다음 소비자
01loaded imageclassic ARM Linux handoffkernel addresscmdline/DT or tags
02cmdline/DT or tagsloaded image 완료 상태tags/DT pointerplatform uninit
03platform uninitcmdline/DT or tags 완료 상태machine typecache/MMU off
04cache/MMU offplatform uninit 완료 상태CPU handoff statekernel entry
05kernel entrycache/MMU off 완료 상태CPU handoff state최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계의 입력 조건을 처음 어긴 생산 단계부터 조사한다.

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 호출 이름보다 주소, 객체 수명과 handoff 경계를 먼저 볼 수 있도록 구성했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, map과 linker symbol을 대입한다.

그림 3. classic aboot가 Linux에 넘기는 최종 RAM 배치

크기는 개념 비율이다. 실제 분석에서는 map, symbol과 runtime 출력의 시작·끝 주소를 대입한다.

높은 주소↓ 주소 감소
aboot runtime분기 전까지 stack·heap 유지
tags/DTBbootargs·memory·initrd 정보
ramdiskinitrd start/end
kernelkernel_addr와 entry
free RAMreserved range 제외
낮은 주소예약 cursor 진행 방향
그림 4. boot_linux가 마지막으로 닫는 상태

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

01DTB 선택·update
02bootargs 기록
03ramdisk 주소 기록
04cache clean
05interrupt·MMU 상태 정리
06platform uninit
07kernel entry branch

원본 코드

아래 코드는 LK / classic AOSP aboot AOSP 9d6e28f의 app/aboot/aboot.c에서 423-511줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit9d6e28f24ba01e563d0b3801c6c6c95d756db623anchor · L447void boot_linux(void *kernel
423	*ptr++ = 0;
424	*ptr++ = 0;
425
426	return ptr;
427}
428
429void generate_atags(unsigned *ptr, const char *cmdline,
430                    void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
431{
432
433	ptr = atag_core(ptr);
434	ptr = atag_ramdisk(ptr, ramdisk, ramdisk_size);
435	ptr = target_atag_mem(ptr);
436
437	/* Skip NAND partition ATAGS for eMMC boot */
438	if (!target_is_emmc_boot()){
439		ptr = atag_ptable(&ptr);
440	}
441
442	ptr = atag_cmdline(ptr, cmdline);
443	ptr = atag_end(ptr);
444}
445
446typedef void entry_func_ptr(unsigned, unsigned, unsigned*);
447void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
448		const char *cmdline, unsigned machtype,
449		void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
450{
451	unsigned char *final_cmdline;
452#if DEVICE_TREE
453	int ret = 0;
454#endif
455
456	void (*entry)(unsigned, unsigned, unsigned*) = (entry_func_ptr*)(PA((addr_t)kernel));
457	uint32_t tags_phys = PA((addr_t)tags);
458
459	ramdisk = PA(ramdisk);
460
461	final_cmdline = update_cmdline((const char*)cmdline);
462
463#if DEVICE_TREE
464	dprintf(INFO, "Updating device tree: start\n");
465
466	/* Update the Device Tree */
467	ret = update_device_tree((void *)tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
468	if(ret)
469	{
470		dprintf(CRITICAL, "ERROR: Updating Device Tree Failed \n");
471		ASSERT(0);
472	}
473	dprintf(INFO, "Updating device tree: done\n");
474#else
475	/* Generating the Atags */
476	generate_atags(tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
477#endif
478
479	dprintf(INFO, "booting linux @ %p, ramdisk @ %p (%d), tags/device tree @ %p\n",
480		entry, ramdisk, ramdisk_size, tags_phys);
481
482	enter_critical_section();
483
484	/* do any platform specific cleanup before kernel entry */
485	platform_uninit();
486
487	arch_disable_cache(UCACHE);
488
489#if ARM_WITH_MMU
490	arch_disable_mmu();
491#endif
492	bs_set_timestamp(BS_KERNEL_ENTRY);
493	entry(0, machtype, (unsigned*)tags_phys);
494}
495
496unsigned page_size = 0;
497unsigned page_mask = 0;
498
499#define ROUND_TO_PAGE(x,y) (((x) + (y)) & (~(y)))
500
501static unsigned char buf[4096]; //Equal to max-supported pagesize
502#if DEVICE_TREE
503static unsigned char dt_buf[4096];
504#endif
505
506int boot_linux_from_mmc(void)
507{
508	struct boot_img_hdr *hdr = (void*) buf;
509	struct boot_img_hdr *uhdr;
510	unsigned offset = 0;
511	unsigned long long ptn = 0;

발췌 범위와 읽기 기준

원문 423-511줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void boot_linux(void *kernel은 L447에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

함수 포인터 호출 한 줄보다 그 직전의 장치 종료와 cache 처리, argument register 계약이 중요하다. 32-bit ARM boot protocol이라는 시대적 범위도 표시한다.

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. DTB를 쓰지 않는 경로의 ATAG 목록 생성

app/aboot/aboot.c 419-493줄이다.

fileapp/aboot/aboot.canchor · L429void generate_atags
419
420unsigned *atag_end(unsigned *ptr)
421{
422	/* END */
423	*ptr++ = 0;
424	*ptr++ = 0;
425
426	return ptr;
427}
428
429void generate_atags(unsigned *ptr, const char *cmdline,
430                    void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
431{
432
433	ptr = atag_core(ptr);
434	ptr = atag_ramdisk(ptr, ramdisk, ramdisk_size);
435	ptr = target_atag_mem(ptr);
436
437	/* Skip NAND partition ATAGS for eMMC boot */
438	if (!target_is_emmc_boot()){
439		ptr = atag_ptable(&ptr);
440	}
441
442	ptr = atag_cmdline(ptr, cmdline);
443	ptr = atag_end(ptr);
444}
445
446typedef void entry_func_ptr(unsigned, unsigned, unsigned*);
447void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
448		const char *cmdline, unsigned machtype,
449		void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
450{
451	unsigned char *final_cmdline;
452#if DEVICE_TREE
453	int ret = 0;
454#endif
455
456	void (*entry)(unsigned, unsigned, unsigned*) = (entry_func_ptr*)(PA((addr_t)kernel));
457	uint32_t tags_phys = PA((addr_t)tags);
458
459	ramdisk = PA(ramdisk);
460
461	final_cmdline = update_cmdline((const char*)cmdline);
462
463#if DEVICE_TREE
464	dprintf(INFO, "Updating device tree: start\n");
465
466	/* Update the Device Tree */
467	ret = update_device_tree((void *)tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
468	if(ret)
469	{
470		dprintf(CRITICAL, "ERROR: Updating Device Tree Failed \n");
471		ASSERT(0);
472	}
473	dprintf(INFO, "Updating device tree: done\n");
474#else
475	/* Generating the Atags */
476	generate_atags(tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
477#endif
478
479	dprintf(INFO, "booting linux @ %p, ramdisk @ %p (%d), tags/device tree @ %p\n",
480		entry, ramdisk, ramdisk_size, tags_phys);
481
482	enter_critical_section();
483
484	/* do any platform specific cleanup before kernel entry */
485	platform_uninit();
486
487	arch_disable_cache(UCACHE);
488
489#if ARM_WITH_MMU
490	arch_disable_mmu();
491#endif
492	bs_set_timestamp(BS_KERNEL_ENTRY);
493	entry(0, machtype, (unsigned*)tags_phys);

내부 동작을 더 깊게 읽기

01

진입 조건을 먼저 고정한다

loaded image에서 들어온 실행은 classic ARM Linux handoff에 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.

함수 포인터 호출 한 줄보다 그 직전의 장치 종료와 cache 처리, argument register 계약이 중요하다. 32-bit ARM boot protocol이라는 시대적 범위도 표시한다.

02

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 kernel entry / tags or DT pointer다. 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 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

04

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

cmdline/DT or tags → platform uninit → cache/MMU off 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, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

05

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 kernel entry에서 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.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

01

handoff 직전의 physical layout을 한 장으로 고정한다

kernel, ramdisk, tags/FDT, aboot와 scratch buffer의 시작·끝을 계산하고 overlap을 검사한다. 주소 하나만 출력하지 말고 component size와 alignment를 함께 남긴다.

32-bit kernel ATAGS 경로와 device tree 경로, 64-bit kernel의 register 계약을 분리한다.

02

platform hardware를 quiesce하는 책임을 확인한다

USB fastboot, display, storage DMA와 interrupt controller가 active인 채 kernel로 가면 새 driver 초기화와 충돌할 수 있다. target별 cleanup callback이 어떤 장치를 끄고 watchdog을 어떻게 처리하는지 본다.

cache clean과 MMU disable 순서는 kernel이 보는 memory 내용과 직접 연결된다.

03

분기 뒤 돌아오는 것은 정상 경로가 아니다

kernel entry를 함수처럼 호출해 반환을 기대하지 않는다. 반환했다면 잘못된 entry, execution state, image bitness 또는 exception level 문제로 보고 즉시 안전하게 정지한다.

마지막 aboot PC, entry register와 kernel 첫 PC를 JTAG trace로 연결한다.

객체와 수명

대상만들어지는 시점유효 범위확인할 조건
kernel entry / tags or DT pointercmdline/DT or tagskernel entry 또는 오류 정리 완료까지진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadataloaded imageparse와 검증이 끝날 때까지길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptorplatform uninitsubsystem 종료 또는 image handoff까지이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state실제 write/probe가 완료된 뒤reset 또는 명시적 해제·갱신까지flush, timeout, 전원 차단, rollback
최종 부트로더 이미지link/image 생성 시점다음 stage가 새 image로 교체할 때까지load address, entry, section과 header 일치

실패 지점과 증상

#조건관찰되는 증상먼저 볼 단계
01잘못된 tags 주소early boot hangcmdline/DT or tags
02cache clean 누락stale kernel/DTplatform uninit
03machine type 불일치board 식별 실패cache/MMU off

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#목적명령 또는 계측판정 기준
01ELF symbolnm -n build-*/lk.elf | grep 'void boot_linux'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
    분기 직전 인자와 SCTLR 기록

    cmdline/DT or tags 진입 전후에 kernel address의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  2. 02
    kernel early printk의 DT/ATAG 주소 대조

    platform uninit 진입 전후에 tags/DT pointer의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  3. 03
    cache maintenance 한 단계를 제거해 증상 관찰

    cache/MMU off 진입 전후에 machine type의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

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