写这篇文章时想起我的第一部Android手机HTC Hero。买回来后,同事告诉我可以去刷机玩玩。刷机,怎么刷?同事说,你个土人,刷机都不知道,很多刷机论坛的,你去逛逛,挺简单的。我去逛了逛机锋论坛(那时还不知道MIUI),打开一看,什么recovery, radio, root各种词汇扑面而来,oh my lady gaga,这么复杂。但是为了不被鄙视,而且闲着也是闲着,还是刷着玩玩吧。后来就结识MIUI来到了小米。这是题外话,咱们言归正传。

在这纷纷扰扰的Android世界里,如何找到那条刷机大道呢,或许它只是个传说,我们只是一直在探索。让我们从零开始来看一看,看能发现点什么。

1. bootloader
当我们拿到一款手机,第一件事应该就是按下电源键开机,那么从开机到进入到桌面程序这中间发生了些什么呢,我们从下面这张简化了的手机结构图开始:

注意:该结构图并不反映手机的实际分区顺序和位置,只是一个逻辑结构图。

大家可以简单的把手机的ROM存储类比为我们电脑上的硬盘,这个硬盘被分成了几个分区:bootloader分区,boot分区,system分区等等。后面我们会逐渐介绍各个分区的用途。所谓的刷机我们可以简单的理解成把软件安装在手机的某些分区中,类似于我们在电脑上安装Windows系统。

当按下电源键手机上电启动后,首先从bootloader分区中一个固定的地址开始执行指令,如图所示,bootloader分区分成两个部分,分别叫做primary bootloader和secondary stage bootloader。Primary bootloader主要执行硬件检测,确保硬件能正常工作后将secondary stage bootloader拷贝到内存(RAM)开始执行。Secondary stage bootloader会进行一些硬件初始化工作,获取内存大小信息等,然后根据用户的按键进入到某种启动模式。比如说大家所熟知的通过电源键和其它一些按键的组合,可以进入到recovery,fastboot或者选择启动模式的启动界面等。我们在论坛上看到的bootloader通常指的就是secondary stage bootloader。不过我们不需要关心太多的细节,可以简单的理解为bootloader就是一段启动代码,根据用户按键有选择的进入某种启动模式。

fastboot模式:fastboot是android定义的一种简单的刷机协议,用户可以通过fastboot命令行工具来进行刷机。比如说fastboot flash boot boot.img这个命令就是把boot.img的内容刷写到boot分区中。一般的手机厂商不直接提供fastboot模式刷机,而是为了显示他们的牛B之处,总是会提供自己专有的刷机工具和刷机方法。比如说三星的Odin,摩托的RSD,华为的粉屏等等。但是其本质实际上是相同的,都是将软件直接flash到各个分区中。

recovery模式:recovery是android定义的一个标准刷机协议。当进入recovery模式时,secondary stage bootloader从recovery分区开始启动,recovery分区实际上是一个简单的Linux系统,当内核启动完毕后,开始执行第一个程序init(init程序是Linux系统所有程序的老祖宗)。init会启动一个叫做recovery的程序(recovery模式的名称也由此而来)。通过recovery程序,用户可以执行清除数据,安装刷机包等操作。一般的手机厂商都提供一个简单的recovery刷机,而大名鼎鼎的CWM Recovery就是一个加入了很多增强功能的recovery,要想用上CWM Recovery前提是recovery分区可以被刷写。大家在论坛上看到的解锁bootloader,通常指的就是解锁recovery或fastboot,允许刷写recovery分区,这样大家就可以用上喜爱的CWM Recovery了。

手机除了普通的CPU芯片以外,还有MODEM处理器芯片。该芯片的功能就是实现手机必需的通信功能,大家通常所的刷RADIO就是刷写modem分区。

2. 正常启动

当我们只是按下电源键开机时,会进入正常启动模式。Secondary stage bootloader会从boot分区开始启动。Boot分区的格式是固定的,首先是一个头部,然后是Linux内核,最后是用作根文件系统的ramdisk。

一般针对每个机型的完整刷机包中会有一个boot.img文件,这就是boot分区镜像文件。如何编辑该镜像文件可以参照这篇文章http://android-dls.com/wiki/inde ... Re-Pack_Boot_Images

当Linux内核启动完毕后,就开始执行根文件系统中的init程序,init程序会读取启动脚本文件(init.rc和init.xxxx.rc)。启动脚本文件的格式大家可以在网上找到很多参考资料,这里就不写了,而且我们在原厂ROM上移植MIUI的原则是不修改boot分区,因为有一些机型无法修改boot分区。

根文件系统中有一个重要的配置文件,叫default.prop,该文件的内容一般为:
#
# ADDITIONAL_DEFAULT_PROPERTIES
#
ro.secure=1
ro.allow.mock.location=1
ro.debuggable=0
persist.service.adb.enable=1。
文件中的每一行对某个属性赋值,在后续的文章中我们还会谈到属性。这里面大家需要注意的两个属性:ro.secure和ro.debuggable。如果ro.secure=0允许我们运行adb root命令。在下一篇我们会详细介绍adb,这是我们做ROM移植的利器。通常大家说得内核ROOT指的就是ro.secure=0。ROOT权限只是的手机上有一个名为授权管理的程序(Superuser.apk)可以授予程序root用户的权限。ro.deguggable=1允许调试系统APP。

init程序读取启动脚本,执行脚本中指定的动作和命令,脚本中的一部分是运行system分区的程序,下一节我们就来看看system分区的结构。

3. system分区
在讲system分区之前,我们先来看下面这张Android的软件系统架构图。

从上到下依次为:
核心应用层:这一层就是大家平常所接触的各种各样的系统自带应用,比如联系人,电话,音乐等。应用层往下就是开发人员所接触的。

框架层:这一层是Android系统的核心,它提供了整个Android系统运作的机制,像窗口管理,程序安装包管理,开发人员所接触的Activity, Service, broadcast等等。

JNI层:JNI层是Java程序和底层操作系统通信的一个机制,它使得Java代码可以调用C/C++代码来访问底层操作系统的API。

Dalvik虚拟机:Android开发使用Java语言,应用程序的Java代码会被编译成dalvik虚拟机字节码,这些字节码由dalvik虚拟机解释执行。

本地库:本地库一般是由C/C++语言所开发,直接编译成相应CPU的机器码,这其中包含标准C库,用以绘制图形的skia库,浏览器核心引擎webkit等。

HAL:硬件抽象层,为了和各个厂家的不同硬件工作,Android定义了一套硬件接口,比如说为了使用相机,厂家的相机驱动必须提供的接口方法。这样使得上层的代码可以独立于不同的硬件运行。

厂家适配层:本来Android定义的HAL层是直接和厂家提供的设备驱动打交道的,但是目前厂家不想开源HAL部分的代码,因此很多厂家都提供了一个我称之为厂家适配层的代码,这样在HAL层接口的实现只是一个简单的对厂家适配层接口函数的调用。

内核:这一层就是大家熟悉的Linux内核,内核中包含有各种硬件驱动,这些驱动不同的手机厂商不同的手机是不一样的。Linux内核是支持驱动模块化机制的,简单的说就是允许用户动态的加载或者卸载某个硬件驱动,但是目前来看,手机厂商除了提供WIFI驱动单独加载外,其它驱动都是和内核绑定在一起的。

从这张软件结构图来看,除了内核是放在boot分区外,其它层的代码都是在system分区中。

下面结合这张图来介绍system分区的主要目录内容:
system/app: app目录下存放的是核心应用,也就是大家熟知的系统APP,这些系统自带的程序是不能简单的卸载的,要通过一些特殊的方式才能删除(大家熟悉的一种方法是用RE文件管理器)。

system/lib: lib目录下存放的是组成JNI层,Dalvik虚拟机,本地库,HAL层和厂家适配层的所有动态链接库(.so文件)。

system/framework: 该目录下存放的是框架层的JAR包,其中对MIUI移植来说有3个最重要的JAR包(framework.jar, android.policy.jar, services.jar)。后续的文章会重点介绍这3个包。

system/fonts: 该目录下存放的是系统缺省的字体文件。

system/media:该目录下存放的是系统所使用的各种媒体文件,比如说开机音乐,动画,壁纸文件等。不同的手机该目录的组织方式可能不一样。如何修改这些文件请参考网上对应机型形形色色的教程,这里不再赘叙。

system/bin: 该目录下存放的是一些可执行文件,基本上是由C/C++编写的。其中有一个重要的命令叫app_process下一节单独介绍。

system/xbin: 该目录下存放的是一些扩展的可执行文件,既该目录可以为空。大家常用的busybox就放在该目录下。Busybox所建立的各种符号链接命令都是放在该目录。

system/build.prop: build.prop和上节说得根文件系统中的default.prop文件格式一样,都称为属性配置文件。它们都定义了一些属性值,代码可以读取或者修改这些属性值。属性值有一些命名规范:
ro开头的表示只读属性,即这些属性的值代码是无法修改的。
persist开头的表示这些属性值会保存在文件中,这样重新启动之后这些值还保留。
其它的属性一般以所属的类别开头,这些属性是可读可写的,但是对它们的修改重启之后不会保留。
很多ROM制作者都会修改一下build.prop信息,里面的一些以ro.build开头的属性就是你在手机设置中的关于手机里看到的。可以通过修改build.prop文件来将这个ROM打上自己的印记(XXX所修改)。我见过一个只是删了system/app的一些程序,然后修改build.prop中的ro.build.display.id和ro.build.version.incremental中的两个属性值打上自己的大名的ROM。

system/etc: 该目录存放一些配置文件,和属性配置文件不一样,这下面的配置文件可能稍微没那么的有规律。一般来说,一些脚本程序,还有大家所熟悉GPS配置文件(gps.conf)和APN配置文件(apns-conf.xml)放在这个目录。像HTC将相机特效所使用的一些文件也放在这个目录下。

4. Zygote(app_process)
上一节提到init会执行一个重要的命令程序叫app_process,一般大家称之为Zygote。(Zygote是卵的意思,所有的Android进程都是由它生出来的)。Zygote首先会加载dalvik虚拟机,然后产生一个叫做system_server的进程。system_server顾名思义被称作Android的系统服务程序,它主要管理整个android系统。system_server启动完成后开始寻找一个叫做启动器的程序,找到之后由zygote开始启动执行启动器,这就是我们常见到的桌面程序。

上面描述的是一个相当简化的启动过程,了解这些对于适配MIUI基本上就够了,如果大家对这些想进一步了解的话,请关注市面上各种Android内幕书籍。

5. data和cache分区
这一节简单的介绍一下data和cache分区。当我们开机进入桌面程序后,一般来说我们都会下载安装一些APP,这些APP都安装在data/app目录下。所有的Android程序生成的数据基本上都保存在data/data目录下。wipe data实质上就是格式化data分区,这样我们安装的所有APP和程序数据就都丢失了。

cache分区从名字上来看是用来缓存一些文件的,比如说一些音乐下载的临时文件,或者下载管理下载的内容基本上放在这个分区。

6. 小结
本章主要是介绍了一下Android手机的硬软件结构以及主要分区的内容,并简要的介绍了一些开机启动过程。了解这些内容有助于我们从整体上理解ROM移植。