编译Android系统及驱动

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1 引言

简单记录了这三天来编译Android系统内核、驱动走过的路。遇到了很多坑和不懂的东西，为了下次少走些弯路所以简单总结下。横跨很多天的工作不免记忆模糊，如果参考本博客时遇到问题欢迎大家下方留言和指正。

2 环境

  • 宿主机：Windows 11
  • 虚拟机：Ubuntu 18 LTS
  • 16G或32G的内存
  • 1T以上的硬盘空间（推荐使用固态硬盘）

3 准备工作

Android官方文档中推荐使用Ubuntu或者Mac OS系统，这里我们选择了在Windows上使用虚拟机软件（Vmware）运行Ubuntu 18来进行编译。由于Android系统比较庞大，建议大家为虚拟机分配600G及以上的硬盘空间。

3.1 安装工具

首先前往https://source.android.com/source/initializing?hl=zh-cn在Ubuntu中安装必要的软件包。

随后就是安装repo工具，这里我们选择了国内TUNA的镜像，https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/。按照其中的步骤，首先安装git-repo工具；下载TUNA提供的使用每月更新的初始化包，将其解压到虚拟机中并用repo sync进行同步。

3.2 下载Android源代码并选择分支

在(https://source.android.com/docs/setup/about/build-numbers?hl=zh-cn#source-code-tags-and-builds)[https://source.android.com/docs/setup/about/build-numbers?hl=zh-cn#source-code-tags-and-builds]可以查看所有分支，这里我们选择了Android 13的分支，大家可以根据自己情况进行选择。

4 编译Android源代码

4.1 配置编译选项

首先进入aosp目录，运行：

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source build/envsetup.sh

查看lunch提供的选项（部分）：

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$ lunch

You're building on Linux

Lunch menu .. Here are the common combinations:
     1. aosp_arm-eng
     2. aosp_arm64-eng
     3. aosp_barbet-userdebug
     4. aosp_bluejay-userdebug
     5. aosp_bluejay_car-userdebug
     6. aosp_bramble-userdebug
     7. aosp_bramble_car-userdebug
     8. aosp_car_arm-userdebug
     9. aosp_car_arm64-userdebug
     10. aosp_car_x86-userdebug
     11. aosp_car_x86_64-userdebug
     12. aosp_cf_arm64_auto-userdebug
     13. aosp_cf_arm64_phone-userdebug
     14. aosp_cf_x86_64_foldable-userdebug
     15. aosp_cf_x86_64_pc-userdebug
     16. aosp_cf_x86_64_phone-userdebug
     17. aosp_cf_x86_64_tv-userdebug
     18. aosp_cf_x86_auto-userdebug
     19. aosp_cf_x86_phone-userdebug
     20. aosp_cf_x86_tv-userdebug
     21. aosp_cheetah-userdebug
     22. aosp_cloudripper-userdebug
     23. aosp_coral-userdebug
     24. aosp_coral_car-userdebug
     25. aosp_flame-userdebug
     26. aosp_flame_car-userdebug
     27. aosp_oriole-userdebug
     28. aosp_oriole_car-userdebug
     29. aosp_panther-userdebug
     30. aosp_raven-userdebug
     31. aosp_raven_car-userdebug
     32. aosp_ravenclaw-userdebug
     33. aosp_redfin-userdebug
     34. aosp_redfin_car-userdebug
     35. aosp_redfin_vf-userdebug
     36. aosp_slider-userdebug
     37. aosp_sunfish-userdebug
     38. aosp_sunfish_car-userdebug
     39. aosp_trout_arm64-userdebug
     40. aosp_trout_x86-userdebug
     41. aosp_whitefin-userdebug
     42. aosp_x86-eng
     43. aosp_x86_64-eng
     44. arm_krait-eng
     45. arm_v7_v8-eng
     46. armv8-eng
     47. armv8_cortex_a55-eng
     48. armv8_kryo385-eng
     49. beagle_x15-userdebug
     50. beagle_x15_auto-userdebug
     51. car_ui_portrait-userdebug
     52. car_x86_64-userdebug
     53. db845c-userdebug
     54. gsi_car_arm64-userdebug
     55. gsi_car_x86_64-userdebug
     56. hikey-userdebug
     57. hikey64_only-userdebug
     58. hikey960-userdebug
     59. hikey960_tv-userdebug
     60. hikey_tv-userdebug
     61. poplar-eng
     62. poplar-user
     63. poplar-userdebug
     64. qemu_trusty_arm64-userdebug
     65. rb5-userdebug
     66. sdk_car_arm-userdebug
     67. sdk_car_arm64-userdebug
     68. sdk_car_portrait_x86_64-userdebug
     69. sdk_car_x86-userdebug
     70. sdk_car_x86_64-userdebug
     71. sdk_pc_x86_64-userdebug
     72. silvermont-eng
     73. uml-userdebug
     74. yukawa-userdebug
     75. yukawa_sei510-userdebug

Which would you like? [aosp_arm-eng]
Pick from common choices above (e.g. 13) or specify your own (e.g. aosp_barbet-eng):

这里建议选择sdk开头的选项。

由于我们想要在x86_64的平台上使用emulator模拟运行，所以使用sdk_x86_64-userdebug选项。

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$ lunch sdk_x86_64-userdebug

============================================
PLATFORM_VERSION_CODENAME=REL
PLATFORM_VERSION=13
TARGET_PRODUCT=sdk_x86_64
TARGET_BUILD_VARIANT=userdebug
TARGET_BUILD_TYPE=release
TARGET_ARCH=x86_64
TARGET_ARCH_VARIANT=x86_64
TARGET_2ND_ARCH=x86
TARGET_2ND_ARCH_VARIANT=x86_64
HOST_ARCH=x86_64
HOST_2ND_ARCH=x86
HOST_OS=linux
HOST_OS_EXTRA=Linux-5.4.0-150-generic-x86_64-Ubuntu-18.04.6-LTS
HOST_CROSS_OS=windows
HOST_CROSS_ARCH=x86
HOST_CROSS_2ND_ARCH=x86_64
HOST_BUILD_TYPE=release
BUILD_ID=TQ2A.230505.002.A1
OUT_DIR=out
PRODUCT_SOONG_NAMESPACES=device/generic/goldfish device/generic/goldfish-opengl hardware/google/camera hardware/google/camera/devices/EmulatedCamera device/generic/goldfish device/generic/goldfish-opengl
============================================

4.2 编译

接下来可以直接输入：

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$ m

该命令可以自动识别机器CPU核心数，使用所有核心编译。

同样可以使用make指定核心数：

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$ make -j4

5 运行Android系统

这里我们使用AOSP提供的emulator在虚拟机中运行Android系统，直接在aosp目录输入：

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$ emulator

运行结果：

6 编译Android驱动

6.1 Android驱动——hello_module

Android本身是在Linux内核之上的系统，所以Android驱动也可以理解为Linux驱动。下面是一个Android驱动的代码：

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// hello_module.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

static int __init hello_init(void)
{
	printk("Hello world!\n");
	return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
	printk("hello exit\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

6.2 下载Android-kernel源代码

在Android官方文档https://source.android.com/docs/setup/build/building-kernels?hl=zh-cn中介绍了构建内核的方法。也同样可以使用TUNA镜像进行加速：

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$ repo init -u https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/AOSP/kernel/manifest -b BRANCH
$ repo syncs

这里的BRANCH可以在https://source.android.com/docs/setup/reference/bazel-support?hl=zh-cn选择合适的分支，比如我们这里选择了common-android13-5.15。

6.3 将加入hello_module驱动内核

源代码Android-kernel中包含common-modules文件夹，由于存放供应商模块。我们在common-modules/virtual-device目录下创建hello_module文件夹，其中存放我们的驱动代码hello_module.c，以及下面的Kbuild文件：

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# SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

hello-module-objs := hello_module.o

obj-m += hello-module.o

在hello_module文件夹的父目录（即common-modules/virtual-device）下的Kbuild中加入obj-m += hello_module/：

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obj-m += virtio_gpu/
obj-m += arcvm_drivers/dev-sw-sync/
obj-${BUILD_GOLDFISH_DRIVERS} += goldfish_drivers/
# 新加入：
obj-m += hello_module/

在hello_module文件夹的父目录（即common-modules/virtual-device）下的BUILD.bazel的_virt_common_ext_modules加入"hello_module/hello-module.ko",：

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# ...

_virt_common_ext_modules = [
    "arcvm_drivers/dev-sw-sync/sw_sync.ko",
    "goldfish_drivers/goldfish_address_space.ko",
    "goldfish_drivers/goldfish_pipe.ko",
    "goldfish_drivers/goldfish_sync.ko",
    "virtio_gpu/virtio-gpu.ko",
    # 新加入：
    "hello_module/hello-module.ko",
]

# ...

6.4 编译

编译所有virtual-device（也包括hello-module.ko）

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$ tools/bazel build //common-modules/virtual-device:virtual_device_x86_64_dist

可以使用dist_dir选项输出到指定文件夹：

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$ tools/bazel run //common-modules/virtual-device:virtual_device_x86_6s4_dist -- --dist_dir=out/mydist

成功编译出：

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$ find ./out/mydist/ -name hello-module.ko
./out/mydist/hello-module.ko

7 运行Android驱动程序

正常情况下，直接使用adb push将hello-module.ko放入android系统中，使用insmod安装驱动即可成功运行。但是新版Android系统为了安全性，加入了对驱动的检查。

使用dmesg查看：

7.1 Patch驱动程序

根据报错：

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[ 3657.631158] hello_module: disagrees about version of symbol module_layout

我们猜测应该是版本不匹配造成的，那么接下来寻找合法的驱动程序进行比对。这里我们选择aosp中kernel/prebuilts/common-modules/virtual-device/5.15/x86-64/文件夹下的文件，如zsmalloc.ko。

我们将hello-module.ko对应的__versions中前四个字节改为相同的即可：

重复第7节最开始的步骤，可以看到成功以及安装并运行了驱动：

参考文献

[1] Android官方文档 https://source.android.com/
[2] Basic android kernel development https://github.com/itewqq/android-kernel-play
[3] TUNA Android 镜像使用帮助 https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/help/AOSP/
[4] Linux内核模块常见问题 https://wiki.zohead.com/%E6%8A%80%E6%9C%AF/Linux/kernel/Linux%E5%86%85%E6%A0%B8%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%B8%B8%E8%A7%81%E9%97%AE%E9%A2%98.md
[5] Android系统编写Linux内核驱动 https://github.com/liushui312/notes/blob/master/android/4_android%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%BC%96%E5%86%99Linux%E5%86%85%E6%A0%B8%E9%A9%B1%E5%8A%A8.txt