安卓系统全流程启动

安卓系统全流程启动

从 组件层级关系 和 全链路启动流程 两个维度来拆解，清晰展示 ATF、OP-TEE、LK (Little Kernel)、Linux Kernel 和安卓应用之间的协作。

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一、组件层级关系与核心定位

整个系统分为 安全世界 (Secure World) 和 非安全世界 (Normal World/REE)，各组件层级如下：

世界	层级	组件	核心作用	运行特权级
安全世界	EL3 固件	ATF (TF-A) BL31	安全监控器、世界切换枢纽、PSCI 电源管理、SMC 调用处理	EL3 (最高)
	TEE 操作系统	OP-TEE	可信执行环境，运行安全应用 (TA)，提供密钥管理、加密运算等安全服务	Secure EL1
非安全世界	Bootloader	LK (Little Kernel)	非安全世界引导程序，初始化外设、加载 Linux Kernel 与设备树	Non-secure EL2/EL1
	操作系统内核	Linux Kernel	安卓系统的底层内核，负责进程调度、内存管理、硬件驱动	Non-secure EL1
	安卓系统框架	Android Runtime (ART) / Zygote	安卓应用运行环境，孵化应用进程	Non-secure EL0
	用户应用	安卓应用程序	最终用户交互的应用，可通过 TEE Client API 与 OP-TEE 通信	Non-secure EL0

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二、完整全链路启动流程

从 系统上电 到 安卓应用启动 的完整流程如下：

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第一阶段：ATF 安全启动链 (BL1 → BL2 → BL31)

• 触发：系统上电/复位，CPU 进入 EL3。
• 步骤 ：
  1. BL1 (ROM)：固化在芯片 ROM 中，初始化片内 SRAM，从 Flash 加载并验签 BL2。
  2. BL2 (Secure EL1) ：初始化 DRAM，从 Flash 加载 BL31 (ATF) 、BL32 (OP-TEE) 、BL33 (LK)，并对三者进行链式验签。
  3. BL31 (EL3)：初始化 EL3 环境、PSCI 服务、OP-TEE 的 SPD 分发器。

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第二阶段：OP-TEE (BL32) 初始化

• 触发：BL31 跳转到 BL32。
• 步骤 ：
  1. BL31 通过 opteed 分发器，配置 CPU 上下文，执行 ERET 从 EL3 切换到 Secure EL1，跳转到 OP-TEE 入口。
  2. OP-TEE 执行自身初始化：初始化 TEE 内核、安全存储、加密引擎、预加载安全应用 (TA)。
  3. OP-TEE 初始化完成后，触发 SMC 调用 ，主动陷回 EL3，将 CPU 控制权交还给 BL31。

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第三阶段：LK (Little Kernel - BL33) 启动

• 触发：BL31 从安全世界切换到非安全世界。
• 步骤 ：
  1. BL31 配置非安全世界上下文（设置 SCR_EL3.NS=1，目标异常等级为 Non-secure EL2/EL1）。
  2. BL31 执行 ERET，从 EL3 退出到 Non-secure EL2/EL1 ，跳转到 LK 的入口地址。
  3. LK 初始化 ：
     • 初始化非安全世界外设：UART、存储（eMMC）、网络、显示等。
     • 从 Flash 读取 Linux Kernel 镜像 （zImage/Image）和 设备树 (DTB) 到 DRAM 的预定义地址。
     • 设置内核启动参数（Command Line）。
  4. LK 跳转到 Linux Kernel 的入口地址。

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第四阶段：Linux Kernel 启动

• 触发：LK 跳转到 Kernel。
• 步骤 ：
  1. Kernel 自解压与初始化 ：
     • 若为 zImage，先进行自解压。
     • 初始化 MMU、页表、内存管理、进程调度器。
     • 解析设备树 (DTB)，加载并初始化硬件驱动（如存储、网络、显示驱动）。
  2. 挂载根文件系统 (RootFS) ：
     • 挂载 ramdisk 或 system 分区作为根文件系统。
  3. 启动 init 进程 ：
     • 执行用户空间的第一个进程 /init（PID=1），负责初始化安卓用户空间。

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第五阶段：安卓系统框架启动

• 触发：Linux init 进程启动。
• 步骤 ：
  1. init 进程解析 rc 脚本 ：
     • 执行 init.rc 和 init.<platform>.rc 脚本，启动核心守护进程（如 servicemanager、vold、netd）。
  2. 启动 Zygote 进程 ：
     • init 启动 app_process，即 Zygote（安卓应用的孵化器）。
     • Zygote 初始化 Android Runtime (ART)，预加载系统类库和资源。
  3. 启动 System Server ：
     • Zygote 孵化第一个应用进程 System Server，启动安卓核心服务（如 ActivityManagerService、PackageManagerService、WindowManagerService）。
  4. 启动桌面应用 (Launcher) ：
     • System Server 准备就绪后，发送 Intent 启动桌面应用（Launcher），显示主屏幕。

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第六阶段：安卓应用程序启动与运行

• 触发：用户点击桌面应用图标。
• 步骤 ：
  1. ActivityManagerService 处理 Intent ：
     • 桌面应用发送 Intent，System Server 中的 ActivityManagerService 接收请求。
  2. Zygote 孵化应用进程 ：
     • ActivityManagerService 请求 Zygote 孵化一个新的应用进程。
     • Zygote fork 出子进程，初始化该应用的 ART 实例。
  3. 应用组件初始化 ：
     • 新进程加载应用 APK，初始化 Application 类，启动主 Activity。
     • Activity 执行 onCreate()、onStart()、onResume()，应用界面显示在屏幕上。

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运行时扩展：安卓应用与 OP-TEE 通信

当安卓应用需要安全服务（如支付、加密）时，通过以下流程与 OP-TEE 交互：

1. 安卓应用调用 TEE Client API （如 TEEC_OpenSession()）。
2. Client API 通过 Linux 内核的 OP-TEE 驱动 触发 SMC 调用。
3. CPU 从 Non-secure EL0 陷入 EL3，BL31 的 opteed 分发器将请求路由到 OP-TEE。
4. OP-TEE 执行对应的安全应用 (TA)，完成安全运算后，结果通过 SMC 原路返回给安卓应用。

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总结：关键流程节点

1. 安全世界启动：ATF BL1 → BL2 → BL31 → OP-TEE → BL31。
2. 非安全世界启动：BL31 → LK → Linux Kernel → init → Zygote → System Server → Launcher。
3. 应用启动：用户点击 → Zygote 孵化 → 应用显示。
4. 安全通信：安卓应用 → Linux 驱动 → SMC → BL31 → OP-TEE TA。

这套流程确保了从硬件信任根到用户应用的全链路安全，同时实现了安全世界与非安全世界的隔离与协作。