android 移植教程-杰瑞科技汇

Android 移植终极指南：从零开始让你的硬件跑上 Android

引言：什么是 Android 移植？
核心概念：你需要了解的基础知识
- 1. Bootloader (引导加载程序)
- 2. Kernel (Linux 内核)
- 3. Board Support Package (BSP, 板级支持包)
- 4. Android 开源项目
- 5. 设备树
移植前的准备工作
- 1. 硬件信息收集
- 2. 软件工具链准备
- 3. 目标板评估
Android 移植的核心步骤
- 1. 第一步：移植 Bootloader
- 2. 第二步：移植 Linux 内核
- 3. 第三步：编译和配置 AOSP
- 4. 第四步：适配硬件抽象层
- 5. 第五步：适配系统服务与框架
- 6. 第六步：编写设备配置文件
- 7. 第七步：烧录、调试与优化
学习资源与社区
**总结与建议

1. 引言：什么是 Android 移植？

Android 移植就是将 Android 操作系统安装到一个它原本不支持的硬件平台（如开发板、定制设备、旧手机等）上的过程。

（图片来源网络，侵删）

想象一下，你买了一块树莓派（Raspberry Pi）或一块其他品牌的开发板，它出厂时可能运行的是 Linux，你希望它能像手机一样运行 Android 应用，这个过程就是移植，移植的本质是解决硬件和软件之间的“沟通”问题，让 Android 系统能够正确地识别、驱动并管理你的所有硬件组件。

2. 核心概念：你需要了解的基础知识

在开始之前，你必须理解 Android 系统的分层结构,移植工作主要集中在最底层的几层。

1. Bootloader (引导加载程序)

它是硬件上电后运行的第一段代码,它的主要任务是：

初始化最基础的硬件（如 CPU、内存、串口）。
加载并启动操作系统内核（Kernel）。
在启动前提供一个交互界面（如 U-Boot），允许用户传递启动参数（例如指定从哪个分区启动、传入内核命令行参数等）。

移植要点：你需要确保你的 Bootloader 能够正确识别并加载你编译好的 Android 内核镜像。

（图片来源网络，侵删）

2. Kernel (Linux 内核)

Android 基于 Linux 内核，内核是操作系统的核心,负责：

进程管理、内存管理。
驱动所有硬件设备（屏幕、触摸、摄像头、Wi-Fi、蓝牙等）。
提供系统调用接口给上层的用户空间程序。

移植要点：这是移植工作的核心和难点，你需要获取或编写适用于你硬件的内核驱动，并正确配置内核以支持 Android 所需的各种功能（如 ashmem, binder, logger 等）。

3. Board Support Package (BSP, 板级支持包)

BSP 是一个软件包，包含了在一个特定硬件板上运行操作系统所需的所有软件层,它通常包括：

移植好的 Bootloader。
移植好的 Linux 内核。
针对该板的设备树文件。
一些基础的库和工具。

移植要点：你的目标就是为你的硬件平台构建一个可用的 BSP。

4. Android 开源项目

Android 操作系统的大部分代码都是开源的，它们托管在 AOSP (Android Open Source Project) 仓库中，AOSP 提供了从上层应用到底层框架的完整源代码,但不包含驱动和内核。

移植要点：你需要下载并编译 AOSP，然后进行大量的适配工作,让它与你的内核和硬件协同工作。

5. 设备树

设备树是描述硬件设备信息的文本文件（.dts），在较新的内核版本中，它取代了以往大量硬编码在内核源码中的平台初始化代码，内核启动时会解析设备树，从而了解有哪些硬件设备、它们的地址、中断号等信息。

移植要点：为你的硬件创建或修改设备树文件，是让内核“认识”你的硬件的关键一步。

3. 移植前的准备工作

工欲善其事,必先利其器。

1. 硬件信息收集

这是最重要的一步！你需要尽可能详细地了解你的硬件：

SoC (System on Chip)：型号、架构（ARMv7, ARMv8, x86等）、制造商。
CPU：核心数、主频。
内存：类型、大小。
存储：eMMC, SD 卡, NAND Flash 等。
外设：
- 显示屏：分辨率、触摸屏控制器型号（如 Goodix, Cypress）。
- 摄像头：传感器型号、接口（MIPI CSI）。
- 网络：Wi-Fi/蓝牙模块型号（如 Realtek, Broadcom）、以太网。
- 传感器：加速度计、陀螺仪、磁力计等型号（如 Bosch, Invensense）。
- 音频：编解码器型号（如 Realtek, Cirrus Logic）。
- 其他：USB 控制器、电源管理芯片、按键等。

2. 软件工具链准备

操作系统：强烈推荐使用 Ubuntu 18.04/20.04 LTS，因为 AOSP 的官方构建环境是基于它。
AOSP 源码：使用 repo 工具下载。
编译工具：gcc, g++, make, openjdk-8-jdk (AOSP 目前主要支持 JDK 8)。
Android SDK Platform-Tools：包含 adb, fastboot 等调试工具。
串口工具：minicom 或 screen,用于通过串口与设备进行底层通信和调试。

3. 目标板评估

选择合适的参考板：如果你的 SoC 有官方或社区支持的开发板（如 NXP i.MX8 的 EVK），移植工作会容易很多，你可以直接参考它们的 BSP。
检查社区支持：在 XDA Developers、CSDN、GitHub 等平台搜索你的 SoC 或开发板型号，看看是否已经有成功的移植案例,这是最省力的方式！

4. Android 移植的核心步骤

这是一个典型的、由下至上的移植流程。

1. 第一步：移植 Bootloader

选择 Bootloader：常用的有 U-Boot，检查你的 SoC 官方是否提供 U-Boot 支持。
获取源码：从 U-Boot 官方仓库或 SoC 厂商的仓库获取源码。
配置：运行 make <board_name>_defconfig 来配置你的开发板。
修改代码：根据你的硬件原理图，修改引脚复用、时钟配置、内存初始化等代码。
编译与烧录：编译生成 u-boot.img 或 u-boot.bin，然后通过 JTAG、SD 卡或厂商提供的工具烧录到开发板上。
测试：确保 Bootloader 能正常启动，并能通过串口输出信息,加载内核镜像。

2. 第二步：移植 Linux 内核

这是最耗时、最复杂的环节。

获取内核源码：从 AOSP 官方仓库（kernel/common）或 SoC 厂商仓库获取。
配置内核：
- 如果有参考配置，直接复制为 .config 文件。
- 运行 make menuconfig，手动开启或关闭选项。必须确保开启 Android 所需的选项，
  - System Type -> Android 下的选项。
  - Character devices -> Android Binder IPC Driver。
  - System Type -> Ashmem。
移植驱动：
- 关键驱动：屏幕、触摸、Wi-Fi/蓝牙、摄像头、音频。
- 方法：在内核源码中找到对应驱动的目录，将厂商提供的驱动代码集成进来，并修改 Makefile 和 Kconfig。
- 设备树：创建或修改 arch/arm64/boot/dts/<vendor>/<board_name>.dts 文件，在其中定义所有外设的节点，
```
// 示例：定义一个 I2C 接口的触摸屏
&i2c1 {
    touchscreen@14 {
        compatible = "goodix,gt9xx";
        reg = <0x14>;
        interrupt-parent = <&gpio>;
        interrupts = <25 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
        // ... 其他属性
    };
};
```
编译与测试：编译生成 Image (内核) 和 dtbo.img (设备树 overlays)，通过 U-Boot 加载它们，并观察串口输出，如果内核能启动到 init 进程,说明内核移植基本成功。

3. 第三步：编译和配置 AOSP

初始化 AOSP 环境：按照 AOSP 官方文档设置环境变量和下载源码。
选择产品：AOSP 使用 product 的概念来定义不同设备的软件配置，你可以基于一个类似设备（如 aosp_arm64）创建自己的产品。
编译：执行 make -j$(nproc) 进行全量编译，首次编译非常耗时，请确保磁盘空间充足（>200GB）和内存足够（>16GB）。
生成镜像：编译成功后，在 out/target/product/<product_name>/ 目录下会生成 system.img, vendor.img, boot.img 等镜像文件。

4. 第四步：适配硬件抽象层

HAL 是 Android 框架和 Linux 内核驱动之间的桥梁，从 Android 8.0 开始，Google 推荐使用 HAL C++ 标准接口。

理解 HAL 架构：上层框架通过 libhwbinder 与 hald 守护进程通信，hald 再通过动态加载的 .so 库（即 HAL 模块）与内核驱动交互。
实现 HAL 模块：
- 为每个硬件（如 audio, vibrator, sensor）创建一个 HAL 模块。
- 这个模块需要实现 AOSP 定义的接口（位于 hardware/interfaces/）。
- 模块内部通过 ioctl, mmap, open 等标准 Linux 系统调用与你的内核驱动通信。
编译 HAL：将 HAL 模块编译成 .so 文件，并放置到 AOSP vendor 分区的相应目录下。

5. 第五步：适配系统服务与框架

这一步主要是“胶水代码”，将 HAL 和硬件连接起来。

编写 Device.mk 和 Android.mk：这些 Makefile 文件告诉 AOSP 构建系统如何编译你的 HAL 模块、设备配置文件等。
编写 device.mk：定义设备相关的变量，如 PRODUCT_DEVICE, PRODUCT_NAME, PRODUCT_BRAND，以及需要包含的 HAL 模块、属性等。
编写 vendor.mk：定义厂商相关的配置。
属性覆盖：在 system.prop 或 vendor.prop 文件中设置系统属性,以修复硬件或驱动问题。

6. 第六步：编写设备配置文件

这是 AOSP 的“身份证”,告诉系统它运行在什么设备上。

创建设备目录：在 device/<vendor>/<device_name> 目录下创建所有必要的文件。
关键文件：
- device.mk：核心构建文件。
- vendorsetup.sh：允许 lunch 命令选择你的设备。
- AndroidProducts.mk：定义产品配置文件。
- BoardConfig.mk：定义板级配置，如内核版本、分区大小、是否支持 SELinux 等。

7. 第七步：烧录、调试与优化

烧录：使用 fastboot 工具将编译好的 boot.img, system.img, vendor.img 等烧录到开发板的相应分区中。
调试：
- 串口是你的生命线：所有内核启动、init 过程、logcat 的关键信息都会从串口输出。
- adb：当系统启动到图形界面后，通过 adb 连接进行高级调试，查看 logcat 日志、安装 APK、执行 shell 命令。
- dmesg：通过 adb shell dmesg 查看内核日志。
循环迭代：移植是一个不断迭代、调试、修复的过程，很可能是驱动问题 -> 修改内核 -> 重新编译内核 -> 烧录测试 -> HAL 问题 -> 修改 HAL -> 重新编译 AOSP -> 烧录测试... 的循环。

5. 学习资源与社区

官方文档：
- AOSP 官方文档
- 内核文档
社区与论坛：
- XDA Developers：手机移植的圣地。
- CSDN / 博客园：大量中文移植经验和教程。
- Linux 嵌入式论坛：国内非常专业的嵌入式论坛,有大量开发板移植实例。
- GitHub：搜索你的 SoC 或开发板型号，找到开源的 BSP 项目。
参考书籍：
- 《Android 系统源代码情景分析》（罗升阳）：经典之作,深入浅出。
- 《Android 系统原理及开发要点详解》。

6. 总结与建议

难度极大：Android 移植是一项复杂的系统工程，需要扎实的 Linux 内核驱动、C/C++ 编程和操作系统知识。不要期望一蹴而就。
从简单开始：如果可能，选择一个有良好社区支持或官方 BSP 的开发板作为起点，NXP、TI、Rockchip 等厂商的开发板。
耐心和毅力：你会遇到无数问题，编译失败、内核崩溃、硬件无法识别，耐心分析日志，善用搜索引擎和社区,是解决问题的唯一途径。
关注主线：内核和 HAL 是最关键的部分，先确保内核能驱动核心硬件（屏幕、串口）,再逐步添加其他外设。
版本选择：不要盲目追求最新的 Android 版本，较新的版本（如 Android 10/11）有更完善的 HAL 接口，但也可能引入不兼容的变更，对于新项目，推荐从 Android 10 或 11 开始。

祝你移植顺利！