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[STM32U5]【NUCLEO-U575ZI-Q测评】+第二篇_TrustZone测试_stm32 trustzone

作者：笔触狂放9 | 2024-02-16 08:25:05

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stm32 trustzone

Trust Zone M特性简介
TrustZone是ARM-v8M内核推出的安全特性,严格来讲叫做TrustZone-M,因为CortexA系列的TrustZone功能早已存在多年,而且TrustZone-M更偏向于嵌入式场景,跟TrustZone差别还是很大的.
Cortex M23,Cortex M33, Cortex M35是目前基于v8M内核的几款内核, STM32U575的内核是CortexM33.
TrustZone-M特性是厂商可以选择的一个特性,如果不实现这个特性,M33和M4/M7类似.
file:///C:/Users/Lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.jpg

如果实现了TrustZone-M,则有一些附加的IP.

可以看到从IP上看,MPU变成了MPU_S/MPU_NS两个IP,另外多了SAU.

STM32U5系列的MCU是实现了TrustZone-M这个特性的,所以有SAU,MPU_S,MPU_NS这些单元.
值得一提的是,STM32U5的TrustZone-M特性是通过OptionBit控制的,如果不需要TrustZoneM特性,可以进行关闭,这时M33内核与M4,M7内核差不多.

对于TrustZone M这个特性,如下几点可以帮助读者建立初步概念:
 

  • 1. 对于CortexM系列的内核,  ARM v8M内核开始支持, 目前有CortexM23, M33, M35几个系列;
  • 2.对于内核而言,要么支持Trust Zone M,要么不支持,对于STM32U5系列,这个是OptionBit控制的,通过STM32Cube Programmer等烧写器可以修改这个选项
  • 3. 当关闭Trust Zone M后, Cortex M33与M4/M7类似
  • 4. 开始Trust Zone M后, 一些IP/寄存器有双份, 即Trusted/Untrusted,也可以称之为Secure/Non-Secure.
  • 5.CPU还是一个, 开始Trust Zone M后,上电自动进入Secure模式,Secure模式可以跳转到Non-Secure区,Non-Secure区通过特殊的方式可以读写Secure区的空间, 所以事实上还有第三个区, 一般称之为Non-Secure-Call区,Secure区可以直接读写Non-Secure区.
  • 6.内存空间可以划分为Secure/Non-Secure区,外设也可以指定由Secure区操作,或者Non-Secure操作,一旦指定为Secure区,Non-Secure区的程序不能直接读写该区间/外设
  • 7.可以简单把Secure区看作PC电脑上具有最高优先级别的UEFI/BIOS/ME模式,Non-Secure区看作常规的OS.(这个比喻不是很恰当,权且这样说吧)

关于Trust Zone M,内容太多, 本贴只能简要解绍下,STM32U5芯片如何创建一个支持TrustZone的工程.
第一步, 修改Option Bit


TZEN最重要的, 不使能的话, 该芯片无Trust Zone-M特性, 跟M4/M7类似. 要使用该特性的话,把这个勾上.


 


 

我们把0x80000000开始到0x8100000的区间配置为了Secure区, 后面Secure区间的代码放在这个区间, 其余区间存放Non-Secure区间的代码.注意对于Secure区间的代码烧写,要指定一个偏移量把0x8000000的地址偏移到0xC000000上去, 这是STM32U5特殊的配置.

第二步-创建CubeMX工程, 划分外设



 

创建工程时就需要指定是否使用TrustZone, 使用TrustZone时实际上创建了两个工程, Secure和Non-Secure版本.

再来指定外设


第一步,我们故意把HASH IP分给Non-Secure区, RNG IP分给Secure区. 这种情况下, Non-Secure区不能直接访问RNG这个IP的.
之后按照常规生成代码, 会生成两个工程, 分别对应Secure和Non Secure区间.
两个工程的ROM区和RAM区不要重合.
Secure区:


其下载配置:


 

Non-Secure区:


其下载配置:


 

先构建Secure区并下载,再构建Non-Secure区并下载:


 

简单看看代码从Secure区跳到Non-Secure区的跳转点:

芯片上电后来到Secure区内,代码与一般CortexM工程无异:

  1. int main(void)
  2.  
  3. {
  4.  
  5.   /* SAU/IDAU, FPU and interrupts secure/non-secure allocation setup done */
  6.  
  7. /* in SystemInit() based on partition_stm32u575xx.h file's definitions. */
  8.  
  9.   /* USER CODE BEGIN 1 */
  10.  
  11.  
  12.  
  13.   /* USER CODE END 1 */
  14.  
  15.  
  16.  
  17.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
  18.  
  19.  
  20.  
  21.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  22.  
  23.   HAL_Init();
  24.  
  25.  
  26.  
  27.   /* USER CODE BEGIN Init */
  28.  
  29.  
  30.  
  31.   /* USER CODE END Init */
  32.  
  33.  
  34.  
  35.   /* Configure the system clock */
  36.  
  37.   SystemClock_Config();
  38.  
  39.  
  40.  
  41.   /* Configure the System Power */
  42.  
  43.   SystemPower_Config();
  44.  
  45.   /* GTZC initialisation */
  46.  
  47.   MX_GTZC_S_Init();
  48.  
  49.  
  50.  
  51.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
  52.  
  53.  
  54.  
  55.   /* USER CODE END SysInit */
  56.  
  57.  
  58.  
  59.   /* Initialize all configured peripherals */
  60.  
  61.   MX_GPIO_Init();
  62.  
  63.   /* USER CODE BEGIN 2 */
  64.  
  65.  
  66.  
  67.   /* USER CODE END 2 */
  68.  
  69.  
  70.  
  71.   /*************** Setup and jump to non-secure *******************************/
  72.  
  73.  
  74.  
  75.   NonSecure_Init();
  76.

但是NonSecure_Init这个函数不会返回, 会跳转到Non-Secure区, 类似于BootLoader->Application跳转.

复制 
  1. /**
  2.  
  3.   * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  Non-secure call function
  4.  
  5.   *         This function is responsible for Non-secure initialization and switch
  6.  
  7.   *         to non-secure state
  8.  
  9.   * @retval None
  10.  
  11.   */
  12.  
  13. static void NonSecure_Init(void)
  14.  
  15. {
  16.  
  17.   funcptr_NS NonSecure_ResetHandler;
  18.  
  19.  
  20.  
  21.   SCB_NS->VTOR = VTOR_TABLE_NS_START_ADDR;
  22.  
  23.  
  24.  
  25.   /* Set non-secure main stack (MSP_NS) */
  26.  
  27.   __TZ_set_MSP_NS((*(uint32_t *)VTOR_TABLE_NS_START_ADDR));
  28.  
  29.  
  30.  
  31.   /* Get non-secure reset handler */
  32.  
  33.   NonSecure_ResetHandler = (funcptr_NS)(*((uint32_t *)((VTOR_TABLE_NS_START_ADDR) + 4U)));
  34.  
  35.  
  36.  
  37.   /* Start non-secure state software application */
  38.  
  39.   NonSecure_ResetHandler();
  40.  
  41. }
  42.

这时Non-Secure区工程没有RNG的初始化代码, 我们做一点Hack, 把HAL库里的RNG初始化和使用代码拷贝到Non-Secure工程中进行随机数生成并打印:

复制 
  1. /****************************************************************************/
  2.  
  3.   /*************************** Hash-SHA256
  4.  
  5.    * ***************************************/
  6.  
  7.   /****************************************************************************/
  8.  
  9.   if (HAL_HASH_DeInit(&hhash) != HAL_OK) {
  10.  
  11.     Error_Handler();
  12.  
  13.   }
  14.  
  15.   MX_HASH_Init();
  16.  
  17.  
  18.  
  19.   if (HAL_HASHEx_SHA256_Start(&hhash, (uint8_t *)aInput, INPUT_TAB_SIZE,
  20.  
  21.                               aHashDigest, 0xFF) != HAL_OK) {
  22.  
  23.     Error_Handler();
  24.  
  25.   }
  26.  
  27.   printf("Hash-SHA256 test passed.\n");
  28.  
  29.   print_hex(aHashDigest, 32);
  30.  
  31.         
  32.  
  33.   while (1)
  34.  
  35.   {
  36.  
  37.                 halStatus = HAL_RNG_GenerateRandomNumber(&hrng, &random32bit);                  
  38.  
  39.                 printf("%p %u %u\n", main, SystemCoreClock, HAL_GetTick());
  40.  
  41.                 printf("%u, %p %08X\n", halStatus, &random32bit, random32bit); 
  42.  
  43.                 HAL_Delay(3000);
  44.

可以看到随机数生成函数返回错误:

  1. Core Freq:160000000 Hz
  2.  
  3. Hash-SHA1 test passed.
  4.  
  5. F859C18DEC9472427924FB61EF7C6A6B670BF9C3
  6.  
  7. Hash-MD5 test passed.
  8.  
  9. 6707862C7CD0B522B2DD22D8477BE318
  10.  
  11. Hash-SHA224 test passed.
  12.  
  13. 76CCDD1FDE036CDE39C9D23CE6BDB169FF743B89D15791BFBA109A55
  14.  
  15. Hash-SHA256 test passed.
  16.  
  17. 9691CF47C93807990B049AD4D2E7F60133AB48AADA53A80889A3DA46170F4AFE
  18.  
  19. 081026d5 160000000 3
  20.  
  21. 1, 200461e4 713A21DC
  22.

第三步, 重新划分外设


这一次把RNG也分给Non-Secure区间, 再次生成代码,构建下载, 这样就可以看到随机数生成函数正确返回了.

  1. Core Freq:160000000 Hz
  2.  
  3. Hash-SHA1 test passed.
  4.  
  5. F859C18DEC9472427924FB61EF7C6A6B670BF9C3
  6.  
  7. Hash-MD5 test passed.
  8.  
  9. 6707862C7CD0B522B2DD22D8477BE318
  10.  
  11. Hash-SHA224 test passed.
  12.  
  13. 76CCDD1FDE036CDE39C9D23CE6BDB169FF743B89D15791BFBA109A55
  14.  
  15. Hash-SHA256 test passed.
  16.  
  17. 9691CF47C93807990B049AD4D2E7F60133AB48AADA53A80889A3DA46170F4AFE
  18.  
  19. 081026d5 160000000 3
  20.  
  21. 0, 200461e4 57FD111A
  22.
小结

TrustZone M有很多种特性, 这里只说了最简单的一种应用模式:即外设划分区间,一般用于OEM厂商保留某些外设仅供自己操作, 下游的开发商不能直接访问,必须通过OEM厂商提供的库来使用,这种场景.

Trust Zone M的应用场景当然不限于此, 后续有时间还会继续发一些学习心得..
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作者：zhanzr21
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来源：21ic.com
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