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課程名稱：Android OTA 介紹

課程大綱

  • Android 更新模式介紹 -- Fastboot -- Recovery mode -- OTA
  • Android Image 製作 -- Engineering image -- Recovery deploy -- OTA update image
  • Android Image 客製化與 OTA -- OTA 更新模式 -- OTA Image 的客製化 -- 實作示範

Android 更新模式介紹

有 3 種更新 Android 軟體的方式：

  • Full update image
  • Update files
  • Wipe and re-flash partitions（使用 fastboot）

Full image 的做法，是製做出更新的 ROM，即 update.zip，再將手機切換至 Recovery mode 來更新。Update files 則是使用 bsdiff 來更新 /system 裡的部份檔案。

最後一個做法，是 re-flash 特定的 partition，例如更新存放 boot.img 的 partition；這種做法是使用一個稱為 fastboot 的工具。這種方式，手機上 Second bootloader 必須實現 Fastboot protocol。

Release Tools

release tools 能產生 signed update image，這個工具位於 build/tools/releasetools/，並透過 Android build system 來產生 update.zip。

如何產生 update.zip：

make target-files-package

target-files-package 也稱為 TFP。完成編譯後，可以找到以下二個 image file：

  • out/target/product/mokoid/obj/PACKAGING/apkcerts_intermediates/full-apkcerts-eng.txt
  • out/target/product/mokoid/obj/PACKAGING/target_files_intermediates/full-target_files-eng.zip

上述的 image 是利用 mkbookimg 來製作。針對使用 U-Boot 的裝置，請記得利用 mkimage 來製作 U-Boot 格式的 image file。

android.os.RecoverySystem

這是 Android framework 所提供的標準 API，用來驗證與安裝 update image。以 OTA 方式更新 Android 的話，就是使用這個 API 來驗證 update image。

在下載 Update image 後，要先利用 android.os.RecoverySystem 將 RC command files 寫至 /cache/recovery，再將手機重開機至 Recovery mode。

Recovery Console

RC 是 Recovery Console 的意思，這其實是一個精簡的開機環境，有點像以往的 Embedded Linux 的 Initial Root Filesystem。進入 Recovery Console 後，它會自動驗證 update image，接著執行更新命令。

Updater

RC command files 採用一個稱為 Edify 的語言撰寫。請注意，RC 的 command file 並不是使用典型的 shell script 語法撰寫。

OTA

OTA 是 Over-The-Air 的意思，它會從製造商所提供的 Server 下載 update image，並透過 Recovery Console 來更新手機軟體。

市面上的 Android 裝置大多採用這種做法，因為對一般使用者來說，這是最簡單的方式。要使用 OTA，需要有以下的基礎建設：

  • 存放 update image 的 Server
  • 檢查並下載 update image 的 App（the Fetcher）
  • 通知用戶有軟體更新的 Notification UI，一般是與上述的 App 整合在一起

要實現 OTA，需要 Server 與 App，這二個部份都沒有 Open Source，必須廠商自行開發。不過，去年（2012）出現了一個 OTA 的免費服務：

它提供了免費的 Server，以及 Open source 的手機端 App。只要將自已的 update image 放到 otaupdater.com 上，再配合它的 App，就可以在手機加入「第三方軟體更新」的機制。

例如，知名的 CM ROM 現在就能用這種方式更新，相當的方便。除了一些社群所製作的 update image 外，其它手機廠，都是使用自已的 Server 以及 update App。

OTA Server

Server 的部份沒有 Open Source 的解決方案，只能自行設計與實作。不過，它的原理並不複雜：

  • 使用 HTTP 下載 update image
  • Server 與 Device 需要定義簡單的協定（OTA Protocol）

從 Server 的角度來看，一個簡單的 RESTful Web Service，以及簡易的 Protocol 就能滿足 OTA 的需求。RESTful Web Service 使用 JSON 格式來回應 App 的請求，在 Android App 裡處理 JSON 也是很容易的事情。

OTA Update 步驟

OTA update 的流程如下：

  1. 安裝 Update Client 端 App，通常是每日檢查一次更新
  2. Client 端由 Server 下載 update ROM
  3. 將 update ROM 儲存至 /sdcard 目錄下
  4. 將裝置重開機至 Recovery Mode
  5. 可選擇性地清除 data partition 或 cache

研發重點：

  • OTA Server 的架構，一般是以 HTTP Server 為主
  • OTA Client 端開發，重點在使用 HTTP 下載 update ROM
  • 製作 update ROM
  • 過去有許多可行的架構方式，現在建議以 RESTful 架構為主

Boot Image

Boot Image 是利用 system/core/mkbootimg 工具，將 kernel image 與 ramdisk image 再打包而成。有時也會將 second bootloader image 加入。

Android Build System 會自動幫我們調用 mkbootimg，並製作出 boot.img。使用 TFP 時，也會自動調用 mkbootimg，以製作出 update image。

Flash Partitioning

要了解 update.zip 的更新原理，必須先研究 flash 的 partition 結構。我目前使用的工程手機，將 flash 切割如下：

# mount -t

AOSP 階段的 partiton layout 通常只有 3 個：

  • boot
  • system
  • data

Production 時，會增加至少 3 個 partition：

  • recovery
  • misc
  • cache

實際的規劃方式，因不同的廠商以及裝置型號，也會有所不同，要依現況為主。此外，不管是採用什麼更新方式，都無法重新分割 partition。所以 Parititon Layout 在 Production 前就要定義好，後續無法再修改。

OTA Server

可以自行開發，或使用知名的 OTA Update Center。使用 OTA Update Center 前，需要修改 build.prop 檔案，加入 ROM image 的下載連結。oOTA Update Center 也提供一個用戶端 App。

OTA Update Center 的特點：

  • 提供 Server 服務
  • 每日檢查更新一次
  • 自動下載並更新 ROM

將以下設定加入 build.prop：

otaupdater.otaid=(write your ota id here without spaces or brackets)
otaupdater.otaver=(write your ota version here without spaces or brackets)
otaupdater.otatime=(write the date+time here as: 20120820-1516 without spaces or backets)

支援 quirky sdcard 的裝置，可再加入以下設定：

otaupdater.sdcard.os=(sdcard name (e.g. sdcard2 for /sdcard2) in the main system here without spaces or brackets)
otaupdater.sdcard.recovery=(sdcard name (e.g. sdcard2 for /sdcard2) in recovery here without spaces or brackets)

otaupdater.otaid=SmoothROM7 otaupdater.otaver=201309 otaupdater.otatime=20120831-1516

Edify Script 簡介

Edify 是撰寫 Android update script 的語言，它的語法非常簡單。在 bootable/recovery/{edify,edifyscripting,updater} 目錄下可以找到 Edify。Edify 的幾個基本函數：

  • apply_patch(source_filename, target_filename, target_sha1, target_size, sha1, patch, [[sha1, patch], ...])
  • getprop
  • install_zip
  • package_extract_dir
  • package_extract_file
  • read_file
  • run_program

Edify script 並非直接撰寫，而是透過 build/tools/releasetools/edify_generator.py 來生成。

Edify 的說明文件位於 bootable/recovery/edify/README

Mount Point 的對應

Recovery 怎麼知道 partition 與 mount point 的對應關係呢？方式是透過 recovery.fstab 文件。recovery.fstab 的寫法，與 Linux 的 fstab 相同。

RC 與 releasetools 都會用到 recovery.fstab 文件。

Android Image 客製化與 OTA

TFP

前面已介紹過，可以使用 target-files-package 這個 Makefile rule 來製作 update image。如果有額外的文件，想要另外加到 update image 裡，可以自行擴充 releasetoos。

如果 APK 是 signed，在 update image 裡的新版 APK，也必須使用同樣的 key 來 sign APK。否則新的 APK 將無法讀取原來的 app data。

APK 的 key 是利用 LOCAL_CERTIFICATE 來設定，這部份是在該 APK 的 Android.mk 裡處理。AOSP 提供 4 個 key，位於 build/target/product/security，廠商可自行新增 key：

  • devkey (Development 階段使用)
  • testkey (default、用於 engineering build 測試)
  • platform (platform package)
  • shared (與 Home/Contacts 共享資料)
  • media (在 media/download 裡的 package)

TFP 會透過 ota_from_target_files 來製作最後的 update image。

Production 的裝置，不能使用上述由 AOSP 提供的 key。ota_from_target_files 的 --package_key 參數，用來指定 key。如何指定 production key？releasetools 的 sign_target_files_apks 工具會幫我們處理這個工作。

TARGET_RELEASETOOLS_EXTENSIONS

這是用於 BoardConfig.mk 的變數，用來撰寫 release tools 的 extension。可參考 ota_from_target_files。

$ reboot recovery

BCB

RC 與 bootloader 的共用 /misc partition，這個 partition 存放一種稱為 Bootloader Control Block (BCB) 的資料。BCB 分為 3 個區塊：

  • BCB.command[32]：給 bootloader 的 command
  • BCB.status[32]：bootloader 回傳的 status
  • BCB.recovery[1024]：RC 的 command line

BCB.command 裡的資料，是由 Linux kernel 所寫入，基本上是一行 'boot-recovery' 命令；另外，Linux kernel 也要將 BCB.recovery 清空。BCB.command 是 bootloader 選擇 Boot Image 的依據。也有廠商用來實作 Dual OS 開機。

＄（TARGET_DEVICE_DIR)/recovery/res 裡存放一個 8-bit PNG 圖檔。

Updater

Android Build System 會將 updater 打包到 update.zip。bootable/recovery/install.c

SYSTEM/build.prop

META/otakeys.txt

Asus Nexus 7 Unlock

首先，要把你的 Nexus 7 Unlock，只要利用 Fastbook 即可輕鬆完成：

$ ./fastboot oem unlock