【Semidriver E3】BPT & 安全启动 & Secure Dubug

关键字 :E3 BPT 打包安全启动 Secure Debug 安全调试芯驰

1. 概述

（1）Boot Package 格式

Boot Package 中包含用户程序，由以下两部分组成：

① BPT(Boot Package Table)

• 位于 Boot Package 最前端，包括 Boot Package 的签名信息，各个镜像在 Image 组合中的相对位置，镜像 load 地址，entry 地址，hash 校验信息，PSN 信息；

• ROM 读取上述信息对各个 core 镜像进行验证后启动；

• BPT 占用 4096 个 Byte（0x1000）

② 程序镜像组合

• 包含多个 core 的用户程序镜像组合，即 SF core 程序镜像、SP core 程序镜像、SX core 程序镜像、SF core Bootloader 程序镜像，以及 SCB 系统控制块 (System Configuration Block) 的组合；

• 启动设备中的存储方式

在启动设备中，最多允许存在 3 个 Boot Package：Normal Boot Package，Backup Boot Package，Third Try Boot Package，互为冗余。上电后 ROM 选择 PSN(Package Serial Number) 较大并且能够校验通过的 package 启动。注意，并不是所有的启动设备都支持 3 个 Boot Package，具体情况见下表：

启动设备	Normal Boot Package 存储地址	Backup Boot Package 存储地址	Third Try Boot Package 存储地址
NOR/Hyper Fla sh	由SFS指定	由SFS指定	由SFS指定
eMMC	BOOT1分区 offset=0	BOOT2分区 offset=0	User Areas分区 offset=20kB
SD card	offset=20kB	-	-
USB/UART	无存储	-	-

（2）安全启动

上电后固化在芯片中的 ROM 程序会根据 boot pin 的设置从 XSPI/eMMC/SD/UART/USB 等介质中获取下级启动镜像。启动镜像的格式必须满足前述 Boot Package 格式。
ROM 程序验证 BPT 以及每个 core 镜像的流程如下：

①. 计算 BPT 中公钥的 hash（SHA256）并与 ROTPK1 中保存的 hash 对比，如果两者不一致，则启动失败

②. 使用 BPT 中的公钥验证 BPT 中的签名，如果签名验证失败，则启动失败

③. 计算每个 core 镜像 hash，与保存在 BPT 中的 hash 对比，如果不一致则启动失败

④. 上述都成功，则启动 BPT 中所指定的core镜像

（3）BootROM 控制⽅式：

使⽤ Semidrive 提供的⼯具（atb_signer）对 image 进⾏签名时，设置 Debug 控制字并填写芯⽚ DeviceID（DID）。当 BootROM 启动成功时，依据控制字打开 Debug。

（4）Flsah layout

上图为 HyperFlash 和 NorFlash 的典型的 Flash storage layout，其中 HyperFlash 的 sector size（sector 指 Flash 最小擦除单位）为 256kByte（典型值），NorFlash 的 sector size 为 4kByte（典型值）。为使擦写方便，对 flash 空间时做如下分配：

将 SFS 存放在第 1 个 Sector 的起始地址 0x0 至 0x7F 中占用 128Byte；
将 RFD 存储在第 1 个 Sector，其具体的起始地址为 0xF0-0x1FF，占用 272个Byte，RFD 是用于加密启动的信息，可以查看芯驰的资料或者后续博文;
将第 2 个 Sector 预留为 XSPI training 数据区域；
以第 3 个 sector 为起始，存放 Primary GPT 分区表预留区域（非必须，仅预留，提示GPT 分区表并非必须，如果不使用分区表，该区域可以不预留。），GPT 分区表 Primary 部分占用 17KB 空间，在 HyperFlash 上占用 1 个 sector，在 NorFlash 上占用 5 个 sector 存储。此外，根据 GPT 分区表的格式，也需要在 Flash 尾部需预留空间 17KB 存储 Secondary 分区表。
Normal Boot Package、Backup Boot Package、Third Try Boot Package 由 SFS （打包可以指定用户程序地址）中的地址指定，如果按照上图中预留分区表的 Layout 则中 3 个 Boot Package 的存储地址为：

HyperFlash存储地址	NorFlash存储地址	NorFlash
Normal Boot Package	0xC0000(SFS指定)	0x7000(SFS指定)
Backup Boot Package	0x4C0000(SFS指定)	0x407000(SFS指定)
Third Try Boot Package	0x8C0000(SFS指定)	0x807000(SFS指定)

2. 环境准备

需准备如下软硬件：

• Lauterbach Trace32 调试器 for arm

• E3 参考板（其上的 E3 芯⽚位于开发模式）。

• 芯驰 SDToolBox，各个⼯具的使⽤⼿册集成在⼯具包中，双击⼯具包中的 Help 图标可以查看相关应⽤的使⽤说明，fuse 相关操作在⼿册第七章：SDFuseTool 使⽤说明。

• atb_signer:safety/securityimage 签名⼯具。

签名命令（注意 未签名的 bin 文件命名和拷贝到相同路径下，以及用户私钥的路径，此签名未涉及到 uuid & ctl ,详细看下文介绍 ）

sign_tool_e3\atb_signer_win\atb_signer.exe sign --v 2 --sec_ver 0x1234 --dgst sha256 --rcp key=sign_tool_e3\atb_signer\keys\TestRSA2048_ossl.pem --iib core=0 type=0x0 image=E3_ref_gateway_E3430.bin to=0x006A0000 entry=0x006A0000 --psn 0x04 --of E3_ref_gateway_E3430.signed

key=sign_tool_e3\atb_signer\keys\TestRSA2048_ossl.pem

• ⼀个⽤⼾私钥（例如⼀个 rsa2048 的私钥，可使⽤ Openssl ⽣成）。

• ⼀个 8 字节的数做为芯⽚的 DID (在签名⼯具中叫 UUID，在芯⽚ fuse 中叫 DID) : 0x12345678abcdef88 (由客⼾⾃⾏烧写)

• ⼀个 8 字节的数做为芯⽚的 UID : 0x12345678abcdef88 (芯⽚出⼚应该已经烧写完成，这里这是举个例子)

• ⼀个 8 字节的数做为芯⽚的 debugkey : 0x746573746b657930 (ascii:’testkey0’) (由客⼾⾃⾏烧写)

3. 安全启动

完成以上的准备条件后，启用这一步骤，实现 BootROM 对 image 进行验签，也就是 BootROM 安全启动。

(1) 烧写 eFuse ，使能 PROD

(2) 对 image 进行打包（详细看 https://www.wpgdadatong.com.cn/blog/detail/72667）

打包用户的 image 可以通过以上博文的链接进行替换 gpio 的例程进行打包，也可以使用之前的打包的 PAC 作为 USB 下载的底包，在下载时替换 boot0~boot2 为用户签过名的 bin 文件即可。

例如下图：将用户签过名的 bin 替换下载底包的 boot0~boot1 即可（这里打包只设置了两个 boot）

4. Secure Dubug

原理：

Debugger 发出请求--->芯⽚回复出 UID--->⽤⼾根据 UID 找到对应的 key 并将 key ⽤ Debugger 回复给芯

⽚--->芯⽚匹配 key 成功后开启 debug 接⼝。

(1）第一种情况，只使能 efuse PROD

经过上述步骤芯⽚已⽆法连接调试器，以 E3_ref_gateway_E3640、⾮ xip 为例，下⾯构建包含 DID 和Debug 控制码的 image 来使 ROM 开启 Debug 接⼝。

① 直接打包用户程序到 USB 下载底包

此时需要调试，在打包时需要加入 uuid & ctl (efuse 烧写了 DID 需要在打包加入 uuid, 保持一致)；

② 签名用户 bin 文件替换 USB 底包 boot0~boot2

修改签名工具所用的命令（添加 uuid & ctl ctl=ffffffffffffffff uuid=7856341288efcdab）：

③ 根据以上步骤可以实现调试功能

(2）第二种情况，在第一种基础的基础上，efuse 使能 SDBG_MODE

使能 SDBG_MODE 后，劳德巴赫无法直接 attach 上去，需要更改 secure debug attach 脚本，

在此之前确认好，secure debug 秘钥已经烧录在 efuse 上，签名也按照上面操作步骤实现了，接下来需要用以下脚本实现 attach：

; ------------------------------------------------------------------------------
; @Title: Example for manual JTAG access, Debugger in DOWN Mode
; @Description:
;This script reads out the IDCODE of an ARM7 core when the debugger is in
;DOWN mode.
;Detailed knowledge about JTAG is required to use manual JTAG control signals!
;Tested on an ARM7 target board.
; @Keywords: idcode
; @Author: PEG
; @Props: Template
; @Copyright: (C) 1989-2014 Lauterbach GmbH, licensed for use with TRACE32(R) on
; ------------------------------------------------------------------------------
; $Id: example1.cmm 6982 2023-02-22 11:10:17Z kjmal $
; @Copyright: Semidrive semiconductor
; @Title: Semidrive Secure Debug (Challenge & Response) logic.
; The debugger is in DOWN mode, the JTAG driver is tristated.
area
SYStem.CPU CortexR5
SYStem.CONFIG.apbaccessport 0
SYStem.CONFIG.apbap1.base 0x2000
SYStem.CONFIG.debugaccessport 0
SYStem.CONFIG.debugap1.base 0x2000
SYStem.CONFIG.COREDEBUG.Base 0xF2081000
;taishan
;SYStem.CONFIG.COREDEBUG.Base 0xF0a01000
;taishanl
;SYStem.CONFIG.COREDEBUG.Base 0xF0a01000
;taishanll
SYStem.Option.TRST OFF
SYStem.JtagClock 1MHz
JTAG.PIN ENable
; enable JTAG output driver
JTAG.SHIFTTMS 1 1 1 1 1
; soft reset of the JTAG interface, goto Test-Logic Reset state
JTAG.SHIFTTMS 0 1 1 0 0
; goto Shift-IR state
JTAG.SHIFTREG 1 1 1 1
; shift in UID instruction
JTAG.SHIFTTMS 1 1 0 0
; goto Shift-DR state
JTAG.SHIFTREG %long 0x0 0x0
; shift in 64bit dummy code. shift out our uid
PRINT JTAG.SHIFT()
; print the UID
JTAG.SHIFTTMS 1 1 0 0
; goto Shift-DR state
JTAG.SHIFTREG %long 0x74657374 0x6b657930
; shift in the corresponding key .shift out our uid
PRINT JTAG.SHIFT()
JTAG.SHIFTTMS 1 1 1 1 1
; goto Test-Logic Reset state
JTAG.SHIFTTMS 0 1 0 0  
; goto Shift-DR state
JTAG.SHIFTREG %long 0x0
; shift our IDCODE
PRINT JTAG.SHIFT()
JTAG.PIN Disable
; Disable JTAG output driver
SYStem.Mode Attach
;attach
ENDDO

Secure Debug 需要在 JTAG 模式下进行调试，先使用 e3_attach.cmm attach 之后，再使用上面的 secure debug 脚本进行安全调试。

注意：

JTAG 引脚在 EB 里面不要配置，配置后连接不上，无法调试。

5. 参考资料

芯驰官网技术参考资料

6. 后续博文系列

（1）【Semidriver E3】efuse 数据生成

（2）【Semidriver E3】efuse 数据烧写

等等

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