Android boot.img 结构

1. Android 的boot.img 包括 boot header，kernel， ramdisk

2. 首先来看看Makefile是如何产生我们的boot.img的：

     boot镜像不是普通意义上的文件系统，而是一种特殊的Android定制格式，由boot header，压缩的内核，ramdisk以及second stage loader（可选）组成，可以从mkbootimg.h文件中看到。

     boot.img文件跳过4k的文件头之后，包括两个.gz包，一个是boot.img-kernel.gz：Linux内核，一个是boot.img-ramdisk.cpio.gz

大概的组成结构如下

*
** +-----------------+
** | boot header     | 1 page
** +-----------------+
** | kernel              | n pages 
** +-----------------+
** | ramdisk           | m pages 
** +-----------------+
** | second stage    | o pages
** +-----------------+

    1) boot header为包括命令行参数等等,地址为000-----0xFFF

    2) ramdisk为 1F8B0800000000开头

    3) kernel为 0000A0E1 重复8遍开头

    关于boot header这个数据结构我们需要重点注意，在这里我们关注其中几个比较重要的值，这些值定义在boot/boardconfig.h里面，不同的芯片对应vendor下不同的boardconfig，在这里我们的值分别是（分别是kernel/ramdis/tags载入ram的物理地址）：

#define PHYSICAL_DRAM_BASE   0x00200000
#define KERNEL_ADDR             (PHYSICAL_DRAM_BASE + 0x00008000)
#define RAMDISK_ADDR           (PHYSICAL_DRAM_BASE + 0x01000000)
#define TAGS_ADDR                 (PHYSICAL_DRAM_BASE + 0x00000100)
#define NEWTAGS_ADDR         (PHYSICAL_DRAM_BASE + 0x00004000)

      上面这些值分别和我们开篇时候提到的那几个名词相对应，比如kernel_addr就是ZTEXTADDR，RAMDISK_ADDR就是INITRD_PHYS,而TAGS_ADDR就是PARAMS_PHYS。bootloader会从boot.img的分区中将kernel和ramdisk分别读入RAM上面定义的地址中，然后就会跳到ZTEXTADDR开始执行。

       ramdisk映像是一个最基础的小型文件系统，它包括了初始化系统所需要的全部核心文件，例如:初始化init进程以及init.rc（可以用于设置很多系统的参数）等文件。以下是一个典型的ramdisk中包含的文件列表：
./init.trout.rc
./default.prop
./proc
./dev
./init.rc
./init
./sys
./init.goldfish.rc
./sbin
./sbin/adbd
./system
./data

 

     如果要分离可以用winhex将boot.img打开，找到0000A0E1 到1F8B0800000000的前面的数据块保持为ramdisk.img，找到1F8B0800000000到文件尾部的数据块保持为kernel。

     out/host/linux-x86/bin/mkbootimg  --kernel out/target/product/msm7630_surf/kernel --ramdisk out/target/product/msm7630_surf/ramdisk.img --cmdline "console=ttyMSM1,115200n8 androidboot.hardware=qcom" --base 0x00200000 --pagesize 4096 --output out/target/product/msm7630_surf/boot.img

        根据上面的命令我们可以首先看看mkbootimg 这个工具的源文件：system/core/mkbootimg.c。看完之后我们就能很清晰地看到boot.img的内部构造，它是由boot header /kernel  /ramdisk /second stage构成的，其中前3项是必须的，最后一项是可选的。

      header + padding + kernel + padding + ramdisk + padding + ...
     4 * 2, magic，固定为"ANDROID!"
     4 * 1, kernel长度，小端unsigned
     4 * 1, kernel地址，应为base + 0x00008000 (base为0x200000)
     4 * 1, ramdisk长度，小端unsigned
     4 * 1, ramdisk地址，应为base + 0x01000000
     4 * 1, second stage长度，小端unsigned，为0
     4 * 1, second stage地址，应为base + 0x00f00000
     4 * 1, tags地址，应为base + 0x00000100
     4 * 1, page大小，小端unsigned, 为2048或者4096

     4 * 2, 未使用，固定为0x00
     4 * 4, 板子名字，一般为空
     4 * 128, 内核命令参数，为mem=211M console=ttyMSM2,115200n8 androidboot.hardware=qcom console=ttyUSBCONSOLE0 androidboot.console=ttyUSBCONSOLE0
    4 * 8, id, 为sha之类，实际写0x00就可
    padding, 以上header为608字节，把这部分补齐到page_size * 2大小
    kernel_size, kernel内容
    padding，把kernel_size补齐到page_size * 2
    ramdisk_size, ramdisk内容
    padding, 把ramdisk补齐到page_size * 2
    second_size, second内容，一般为0
    padding, 补齐second_sise为page_size，一般为0

    配合 boot.img 来看会比较好理解.

由此可知 boot_img_hdr 中各成员值为：

    TAGS_ADDR 如上 target/<your-platform>/rules.mk 所定义的 : 0x40200100, 所以 boot_linux(), 就是传入TAGS_ADDR, 然后将资料写入 tag, tag 的结构如下所示.

struct boot_img_hdr
{
    unsigned char magic[BOOT_MAGIC_SIZE];

    unsigned kernel_size;  /* size in bytes */
    unsigned kernel_addr;  /* physical load addr */

    unsigned ramdisk_size; /* size in bytes */
    unsigned ramdisk_addr; /* physical load addr */

    unsigned second_size;  /* size in bytes */
    unsigned second_addr;  /* physical load addr */

    unsigned tags_addr;    /* physical addr for kernel tags */
    unsigned page_size;    /* flash page size we assume */
    unsigned unused[2];    /* future expansion: should be 0 */

    unsigned char name[BOOT_NAME_SIZE]; /* asciiz product name */
    
    unsigned char cmdline[BOOT_ARGS_SIZE];

    unsigned id[8]; /* timestamp / checksum / sha1 / etc */
};

/*
** +-----------------+ 
** | boot header     | 1 page
** +-----------------+
** | kernel          | n pages  
** +-----------------+
** | ramdisk         | m pages  
** +-----------------+
** | second stage    | o pages
** +-----------------+
**
** n = (kernel_size + page_size - 1) / page_size
** m = (ramdisk_size + page_size - 1) / page_size
** o = (second_size + page_size - 1) / page_size
**
** 0. all entities are page_size aligned in flash
** 1. kernel and ramdisk are required (size != 0)
** 2. second is optional (second_size == 0 -> no second)
** 3. load each element (kernel, ramdisk, second) at
**    the specified physical address (kernel_addr, etc)
** 4. prepare tags at tag_addr.  kernel_args[] is
**    appended to the kernel commandline in the tags.
** 5. r0 = 0, r1 = MACHINE_TYPE, r2 = tags_addr
** 6. if second_size != 0: jump to second_addr
**    else: jump to kernel_addr
*/