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11. 安全性和TrustZone

本章目錄

1. 什么是TrustZone，它有什么作用？

2. 安全環(huán)境和非安全環(huán)境的劃分

3. 器件生命周期管理

4. TrustZone用例

11.2 安全環(huán)境和非安全環(huán)境的劃分

現(xiàn)在我們已經(jīng)清楚，程序需要劃分為安全和非安全環(huán)境，我們該如何相應地對軟件進行分區(qū)？為此，基于TrustZone的系統(tǒng)始終包含兩個不同的項目：一個安全項目，另一個是非安全項目。二者都可以利用SRAM以及代碼和數(shù)據(jù)閃存，但只有安全代碼可以直接訪問兩個（安全和非安全）分區(qū)。

可借助e² studio中的項目配置器設置這些項目。創(chuàng)建新項目后，系統(tǒng)將提示您選擇項目應具有的類型：

• 扁平化（非TrustZone）項目

• TrustZone安全項目

• TrustZone非安全項目

圖11-4：通過項目配置器的“Type Selector”（類型選擇器）頁面，可以在扁平化、安全和非安全項目之間進行選擇

請注意，如果選擇扁平化（非TrustZone）項目，則微控制器將在引導后保持安全模式。另外，在設置TrustZone項目時需要格外小心，以確保正確管理安全和非安全分區(qū)之間的連接。在項目配置器中創(chuàng)建非安全項目時，將非安全項目與安全項目或捆綁包進行關聯(lián)以實現(xiàn)此要求。在“Project Type Selection”（項目類型選擇）屏幕上選擇“TrustZone Non-secure Project”（TrustZone非安全項目）并單擊“Next”（下一步）后，e² studio將要求您為非安全項目指定一個對應的安全項目。

創(chuàng)建安全項目后，即可將安全的堆和驅(qū)動程序提供給非安全環(huán)境。為此，右鍵單擊最上面的模塊，從彈出的菜單中選擇“Non-secure Callable”（非安全可調(diào)用）。選擇該條目后，請注意左側(cè)的小箭頭：它指示此模塊現(xiàn)在為非可安全調(diào)用模塊（參見圖11-5）。

圖11-5：可以將安全項目中堆棧的最頂層模塊設為非安全可調(diào)用模塊

最后一點是，也可以在e² studio內(nèi)對內(nèi)存進行分區(qū)：轉(zhuǎn)到“Run → Renesas Device Partition Manager”（運行 → 瑞薩器件分區(qū)管理器），將運行一個實用程序。器件分區(qū)管理器可以在開發(fā)期間執(zhí)行生命周期狀態(tài)管理，另外還允許設置和查詢IDAU區(qū)域，以及解鎖已擦除的閃存模塊。

圖11-6：器件分區(qū)管理器可以定義各種內(nèi)存分區(qū)的大小

如果要深入了解用于配置RA產(chǎn)品家族微控制器專用的Arm TrustZone的工具和相關工作流程，您可以識別下方二維碼或復制對應的網(wǎng)址在瀏覽器中打開查看瑞薩網(wǎng)站上提供的RA Arm TrustZone工具入門，介紹有關使用工具和設置項目的基礎知識：

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/ra-arm-trustzone-tooling-primer

11.2.1 跨邊界的函數(shù)調(diào)用

現(xiàn)在，如果位于非安全環(huán)境的應用程序的一部分要調(diào)用位于安全環(huán)境的閃存外設，以對非安全數(shù)據(jù)閃存進行編程，會發(fā)生什么情況？為此，Arm v8M Cortex-M33內(nèi)核的指令集中添加了一條新指令：SG或安全網(wǎng)關。該指令必須位于內(nèi)存的安全和非安全部分之間的非安全可調(diào)用（NSC）區(qū)域。這可確保即使在安全環(huán)境的其他位置找到SG操作碼，也不能將其用作入口點。在SG指令之后，可以對安全端的代碼進行調(diào)用（參見圖11-7）。

圖11-7：從非安全環(huán)境中調(diào)用安全函數(shù)

將通過BXNS LR（BXNS = 跳轉(zhuǎn)并交換到非安全狀態(tài)）操作碼從安全端返回到非安全端，此操作將跳轉(zhuǎn)到BL Func_A_Entry分支期間放置在鏈接寄存器（LR）中的地址。在函數(shù)返回時，函數(shù)的返回狀態(tài)被存儲在LR中返回地址的LSB中。這一位的數(shù)值將和返回到調(diào)用函數(shù)時的狀態(tài)進行比較，以防止從非安全代碼調(diào)用的安全API返回到一個指向安全地址的假返回地址。

在第一條指令不是NSC區(qū)域中的SG操作碼的情況下，執(zhí)行位于非安全環(huán)境中的代碼對安全環(huán)境中的代碼的調(diào)用，則在帶CM33內(nèi)核的微控制器上會發(fā)生安全故障。將在安全狀態(tài)下處理該故障。

還可以從安全代碼調(diào)用非安全代碼，但不建議這樣做，因為這有可能導致數(shù)據(jù)泄露，導致安全問題。安全代碼可以通過參數(shù)將某些寄存器值傳輸?shù)椒前踩h(huán)境，并且編譯器將從其余寄存器中清除其他安全數(shù)據(jù)。該機制還隱藏了安全軟件的返回地址，從而確保非安全環(huán)境中的代碼不會操縱返回地址（參見圖11-8）。

圖11-8：從安全環(huán)境中調(diào)用非安全函數(shù)

通過BLXNS（通過鏈接跳轉(zhuǎn)并交換到非安全狀態(tài)）指令從安全代碼調(diào)用非安全代碼的推薦方法是：在第一次啟動時初始化安全環(huán)境中的代碼，然后將程序控制傳遞給非安全環(huán)境。此后，從非安全環(huán)境到安全環(huán)境的任何數(shù)據(jù)傳輸均應通過FSP回調(diào)進行管理。