TrustZone

恩智浦基于Cortex M33內核的MCU，LPC55S6x/LPC55S1x， RT600/RT500等產品提供了對TrustZone的支持，并在SOC上提供了安全AHB控制器等功能，旨在幫助客戶完成良好的安全隔離，并建立可信執(zhí)行環(huán)境。

在產品設計之初，我們就要有一個基本的“隔離”的概念。

需要考慮的問題大致有以下兩個方面：

產品中的哪些功能和模塊應該放在安全區(qū)？（這部分代碼往往是核心且精簡，且經(jīng)過安全審查的，安全區(qū)的內容不允許非安全區(qū)的代碼觸碰）；

哪些功能應該放在非安全區(qū)？（這樣放在非安全區(qū)中的代碼，即使出現(xiàn)安全漏洞（例如棧溢出漏洞等等）后被攻擊，MCU的安全區(qū)中的資源和外設也無法被攻擊者利用）。

令人頭疼的HardFault

對于MCU工程師，TrustZone是一個比較新的技術，在開發(fā)調試過程中，由于TrustZone配置問題，時常遇到各種意料之外的HardFault，我們也經(jīng)常調侃，這個TrustZone也太安全了，連我們自己都進不去。

其實這種問題往往是由于在開發(fā)階段，我們實際的行為和我們對TrustZone的劃分不一致。

平常我們認為正常的行為與操作，對于TrustZone來說，已經(jīng)越界違規(guī)了，這就會使TruztZone觸發(fā)HardFault，并阻止違規(guī)行為。

在這種情況下，我們就需要找到導致HardFault的原因，并調整對于TrustZone的配置。

注：TrustZone相關的故障會觸發(fā)SecureFault異常。在芯片上電后的默認情況下，SecureFault異常并沒有被使能，因此，此異常會被“升級”為HardFault。在通常情況下，建議使用默認的設置，因為HardFault擁有更高的中斷優(yōu)先級，可以使故障在第一時間被響應。

獲取違規(guī)操作的蛛絲馬跡

Cortex M33內核本身在SAU中提供了兩個寄存器：SFSR（Secure FaultStatus Register，安全故障狀態(tài)寄存器）和SFAR（Secure Fault Address Register，安全故障地址寄存器）。

SFSR寄存器用于指示出現(xiàn)錯誤的類型，例如非安全區(qū)試圖訪問安全區(qū)，從安全區(qū)到非安全區(qū)的非法跳轉等。

SFAR寄存器用于指示出現(xiàn)錯誤的內存地址。

看起來這兩個寄存器就足以幫助我們查到問題的根源了。但是，有時候，我們從這兩個寄存器拿到了錯誤的原因和地址，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)無論是安全區(qū)還是非安全區(qū)的程序，都沒有顯式的訪問這個地址。

這是由于MCU系統(tǒng)愈發(fā)復雜，總線上除了M33內核之外，還有許許多多的其他的外設，例如DMA，USB等等。肇事者不一定是M33內核，還有可能是其他的外設，例如DMA。

下面是一種常見的事故：被劃分為非安全的DMA在工作中訪問了安全區(qū)的地址或外設，違反了TrustZone的配置，造成了HardFault。

恩智浦的MCU在SOC層面提供了一個安全AHB控制器，能夠幫我們偵查肇事現(xiàn)場，找出肇事者的蛛絲馬跡。

其實原理很簡單，安全AHB控制器提供了三個寄存器，SEC_VIO_INFO_VALID，SEC_VIO_MISC_INFO和SEC_VIO_ADDR。

SEC_VIO_INFO_VALID用來指示肇事現(xiàn)場，這個寄存器中存儲了肇事現(xiàn)場的AHB 的端口號（port number），端口號與外設的對應關系參見用戶手冊的”Memory map overview”章節(jié)。

每一個AHB端口都相應有一個SEC_VIO_MISC_INFO寄存器，用來指示肇事的信息，例如違規(guī)操作是讀操作引起的還是寫操作引起的等等，最重要的是會指出肇事者的身份：

每個AHB端口還有一個SEC_VIO_ADDR，用來指示肇事現(xiàn)場的地址。

有了上述信息，我們就捉到了真正的肇事者。在開發(fā)階段，我們就可以利用這些信息去調整我們的TrustZone的配置。

更進一步

當然，上述功能不只能在開發(fā)階段幫我們排查HardFault。我們也可以利用這個機制在產品出廠之后為我們提供防御措施。

產品出廠后，當我們檢測到由TrustZone產生的HardFault的原因之后，可以將其記錄，以便于后續(xù)分析。如果設備有聯(lián)網(wǎng)能力，可以將其傳輸至服務器。利用這些信息我們可以發(fā)現(xiàn)產品的哪些模塊受到了攻擊，方便我們后續(xù)針對性地進行OTA升級。云端和設備本地也可在此時檢測鏡像以及存儲介質的完整性，以檢查程序和存儲介質是否被惡意篡改。

小結

綜上所述，利用SAU和安全AHB控制器調查HardFault的方法并不復雜，NXP的MCUXpresso SDK也提供了一個完整的demo。

以LPC55S69為例，demo的路徑如下：SDKoardslpcxpresso55s69 rustzone_examplessecure_faults。

這個demo中，人為制造了幾種TrustZone觸發(fā)HardFault的案例，在產生HardFault后，使用上文描述的方法，處理相關寄存器并打印事故信息。

通常來說，在開發(fā)階段，我們可以參考demo中HardFault的處理代碼，按需移植到自己的工程中。

責任編輯：haq