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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

11.2.2 從安全代碼到非安全代碼的回調(diào)

外設(shè)位于安全環(huán)境，但提供中斷服務(wù)的回調(diào)函數(shù)位于非安全環(huán)境，我們該如何處理這種情況？通常，在FSP回調(diào)中，回調(diào)結(jié)構(gòu)由ISR在堆棧中分配，然后將由回調(diào)函數(shù)使用。由于中斷服務(wù)程序（ISR）和回調(diào)函數(shù)位于不同的環(huán)境中，如果回調(diào)函數(shù)試圖訪問安全環(huán)境中的回調(diào)結(jié)構(gòu)，將發(fā)生安全故障。

FSP通過將回調(diào)結(jié)構(gòu)分配到兩種環(huán)境都可以使用的內(nèi)存區(qū)域解決了這個(gè)問題。通過使用callbackSet() API對其進(jìn)行初始化，這是一個(gè)允許訪問安全環(huán)境的保護(hù)函數(shù)（有關(guān)保護(hù)函數(shù)的介紹，請參見下文第11.2.3章）。該調(diào)用如下所示：

在模塊的配置結(jié)構(gòu)中已經(jīng)提供了回調(diào)函數(shù)指針和上下文指針，但二者必須再次創(chuàng)建，因?yàn)榘踩说呐渲媒Y(jié)構(gòu)與非安全端的結(jié)構(gòu)是分開構(gòu)建的。指向易失性回調(diào)內(nèi)存的指針指向某個(gè)位置，可在該位置將內(nèi)存分配給可從兩種環(huán)境訪問的結(jié)構(gòu)。這樣便可消除安全故障。

11.2.3 保護(hù)函數(shù)

保護(hù)函數(shù)的應(yīng)用程序編程接口（API）允許從非安全項(xiàng)目訪問位于安全環(huán)境中的驅(qū)動(dòng)程序。瑞薩實(shí)現(xiàn)的這項(xiàng)功能是獨(dú)一無二的，并且正在申請專利。靈活配置軟件包（FSP）將自動(dòng)為FSP配置器中標(biāo)記為非安全可調(diào)用的所有堆棧頂部模塊和/或驅(qū)動(dòng)程序API生成保護(hù)函數(shù)，并將其添加到NSC區(qū)域的項(xiàng)目中。此外，F(xiàn)SP將為相應(yīng)的NSC實(shí)例創(chuàng)建非安全模塊實(shí)例。

這些實(shí)例的使用方法沒有特別之處，但其p_ctrl和p_cfg成員設(shè)置為FSP_SECURE_ARGUMENT，相當(dāng)于NULL，并且其p_api成員指向保護(hù)函數(shù)而不是實(shí)際的成員函數(shù)。保護(hù)函數(shù)本身將p_ctrl和p_cfg成員硬編碼到安全環(huán)境內(nèi)存中。在安全和非安全內(nèi)存中都存在驅(qū)動(dòng)程序，并在不同端使用不同通道的情況下，這可消除通過操縱p_ctrl和/或p_cfg結(jié)構(gòu)以直接從非安全代碼訪問安全通道的可能性。保護(hù)函數(shù)還會(huì)檢查所有輸入指針，以確保調(diào)用方不會(huì)覆蓋安全內(nèi)存。

此外，如果設(shè)計(jì)人員希望僅向非安全程序員公開有限范圍的API，則可以選擇添加訪問控制的附加級(jí)別或刪除保護(hù)函數(shù)。繼續(xù)以SCI為例，安全環(huán)境的程序員可以打開一個(gè)通道并配置為所需的波特率，但通過刪除g_uart0_write_guard() API之外的所有API，使得只有寫API可供非安全應(yīng)用程序的開發(fā)人員使用。

11.3 器件生命周期管理

器件生命周期定義了器件壽命的不同階段，并控制調(diào)試接口、串行編程接口和瑞薩測試模式的功能。出于安全原因，這樣便可將位于安全環(huán)境中的代碼的編寫與在非安全環(huán)境中運(yùn)行的應(yīng)用程序的編寫分開，并且可以由兩個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)來開發(fā)產(chǎn)品：由安全開發(fā)人員團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建信任根（RoT）或孤立的子系統(tǒng)，并由非安全環(huán)境的設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建使用該RoT或子系統(tǒng)的應(yīng)用程序。靈活配置軟件包（FSP）和e² studio支持這種設(shè)計(jì)劃分。

安全環(huán)境的代碼準(zhǔn)備就緒后，可將其預(yù)先燒錄到器件中，并將生命周期設(shè)置為NSECSD，從而鎖定安全環(huán)境，或者作為捆綁包由非安全項(xiàng)目引用。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員將以此作為起點(diǎn)，在非安全環(huán)境中編寫應(yīng)用程序，對其進(jìn)行調(diào)試，然后將其燒錄到器件中。如果需要，他們還可以禁用所使用的閃存模塊的編程和擦除功能。最后一步，將生命周期的狀態(tài)設(shè)置為已部署、調(diào)試鎖定或引導(dǎo)鎖定。這樣一來，整個(gè)器件可獲得保護(hù)，并且不能對編程接口和器件進(jìn)行調(diào)試、讀取或編程。圖11-9顯示了可能的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換，而圖11-10中的表格提供了對每個(gè)生命周期的解釋。

圖11-9：器件生命周期管理的不同狀態(tài)

有三種不同的調(diào)試訪問級(jí)別，它們視生命周期的狀態(tài)而變化：

• DBG2：允許調(diào)試器連接，訪問存儲(chǔ)器和外設(shè)沒有任何限制。

• DBG1：允許調(diào)試器連接，但訪問只限于非安全內(nèi)存區(qū)域和外設(shè)。

• DBG0：不允許進(jìn)行調(diào)試連接。

圖11-10：器件周期管理不同階段的描述

可以使用瑞薩閃存編程器或瑞薩器件分區(qū)管理器執(zhí)行從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，但后者可選擇的狀態(tài)有限?？梢酝ㄟ^使用身份驗(yàn)證密鑰來保護(hù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。有關(guān)不同DLM狀態(tài)和器件特定轉(zhuǎn)換的更多信息，請參見相應(yīng)微控制器的用戶手冊。