一、功能描述：

CSM加密是C2000系列芯片最基礎(chǔ)的加密方式，也是在前代產(chǎn)品(如F2803x/F2806x)中廣泛采用的加密方式。在最新的28004x、2837x等芯片中增加了雙碼安全模塊（DCSM），該功能支持將芯片中的memory劃為兩個獨立區(qū)域，并設(shè)置各自獨立的的128位CSM密碼。該功能可以阻止未授權(quán)人員訪問加密內(nèi)容，進而有效防止您的代碼被重復或逆向編譯；與此同時，需要維護與升級的代碼可以存儲于另一個獨立區(qū)域內(nèi)，并授權(quán)給相關(guān)人員使用。合理運用此功能，可以進一步地提高產(chǎn)品的安全性以及易用性。

二、功能使用：

2.1 芯片存儲的分區(qū)設(shè)置

下面以Control Suite中TMS320F28377S的 blinky_with_DCSM工程為例，講解DCSM模塊的用法：

首先必須明確，雖然DCSM模塊中設(shè)計了相關(guān)機制允許用戶反復設(shè)置和使用該功能，但對于DCSM模塊的不當操作仍然可能鎖死芯片，因此建議您在工程開發(fā)的末尾階段再進行DCSM模塊的相關(guān)設(shè)置和操作。

為了充分發(fā)揮雙碼安全模塊的作用，需要根據(jù)工程需要對MCU中的資源進行分區(qū)配置。通過配置GRABRAMx/GRABSECTx寄存器，按需求將RAM/FLASH分別劃入不同的Zone中，從而實現(xiàn)用兩套獨立密碼對不同區(qū)域分別進行安全管理。

圖1 GRABRAMx/GRABSECTx寄存器設(shè)置

以工程blinky_with_DCSM為例，假如我們想要將FLASH A 分配至Zone1進行保護，F(xiàn)LASH B分配至Zone2進行保護。參考手冊中關(guān)于Zx_GRABSECTR Register及Zx_GRABSECTR Register，需要對DCSM_Zx_ZoneSelectBlock.asm進行如下修改。將Zone 1GRABSECT中FLASH A對應的[1:0]位改為01或10；將Zone 2 GRABSECT中FLASH B對應的[3:2]位改為01或10；特別需要注意的是，由于.asm中一個section是按位寫入的，因此在對.asm文件進行修改時，必須以section為單位進行修改，即便有reserve的部分也需要將注釋刪掉進行編譯，否則寫入時只會按位寫入已編譯的內(nèi)容，發(fā)生錯位，難以修改。

.sect"dcsm_zsel_z1"

.long0xFFFFFFFF;Z1-EXEONLYRAM

.long0xFFFFFFFF;Z1-EXEONLYSECT

.long0xFFFFFFFF;Z1-GRABRAM

.long0xFFFFFFFE;Z1-GRABSECT

.sect"dcsm_zsel_z2"

.long0xFFFFFFFF;Z2-EXEONLYRAM

.long0xFFFFFFFF;Z2-EXEONLYSECT

.long0xFFFFFFFF;Z2-GRABRAM

.long0XFFFFFFF7;Z2-GRABSECT

2.2分區(qū)的基本設(shè)置

在完成了對要保護存儲的分區(qū)之后，我們需要了解如何給兩個區(qū)域設(shè)置不同的密碼。

對于兩個保護Zone，每個都有一個專屬的OTP Block，以對各Zone進行安全設(shè)置，具體包含的資源及作用如下：

為了能夠讓用戶多次使用該功能、設(shè)置不同的密碼，如圖2，28004x系列MCU在USERS OTP中設(shè)置了多個存儲密碼及相關(guān)信息的位置（ZoneSelect Block），用戶可以通過LINKPOINTER自由選擇當前使用哪一個Zone Select Block。

LINKPOINTER與Zone Select Block 對應關(guān)系如圖3所示。作為一種校驗措施三個LINKERPOINTER的值設(shè)為相同，若LINKERPOINTER1/2/3值不相同，則LINKPOINTER的值將被置為全1，系統(tǒng)將默認選擇Zone-Select Block 1（0x20）。此外，由于Zx-LINKERPOINTER位于OTP區(qū)域，因此該寄存器的各位只能由1寫成0，而不能逆向操作。因此，只有Zx-LINKPOINTER的值從“全F”寫起，并在每次重新設(shè)置時按照下表順序逐位寫0，才能夠充分利用到OTP中的所有Zone-Select Block。

圖2 Zonex OTP Flash

圖3 Zx-LINKPOINTER與Zone Select Block對應關(guān)系

以工程blinky_with_DCSM為例，假如是第一次使用DCSM功能，為了充分利用所有Blocks，選取Zone_Select Block0作為當前使用的Block，在DCSM_Zx_ZoneSelectBlock.asm中保證Z1-LINKPOINTER值為全F，此時選取的Zone_Select Block起始地址為0x70820。

.sect"dcsm_otp_z1_linkpointer"

.long0x1FFFFFFF;Z1-LINKPOINTER1

.long0xFFFFFFFF;Reserved

.long0x1FFFFFFF;Z1-LINKPOINTER2

.long0xFFFFFFFF;Reserved

.long0x1FFFFFFF;Z1-LINKPOINTER3

.long0xFFFFFFFF;Reserved

類似地，如果后續(xù)工程需要對密碼以及分區(qū)情況進行修改，我們可以啟用Zone_Select Block1，將LINKERPOINTER的最后一位寫0，對應的修改如下：

.sect"dcsm_otp_z1_linkpointer"

.long0x1FFFFFFE;Z1-LINKPOINTER1

.long0xFFFFFFFF;Reserved

.long0x1FFFFFFE;Z1-LINKPOINTER2

.long0xFFFFFFFF;Reserved

.long0x1FFFFFFE;Z1-LINKPOINTER3

.long0xFFFFFFFF;Reserved

此時需要注意還需要將CMD文件中對應Zone Select Block地址的內(nèi)容進行修改，保證寫入的Flash地址與當前的Zone Select Block正確對應。

/*DCSMZ1ZoneSelectContents(!!Movable!!)*/

/*Z1OTP.Z1passwordlocations/FlashandRAMpartitioning*/

DCSM_ZSEL_Z1_P0:origin=0x78030,length=0x000010

最后在SECTIONS中將要寫入?yún)^(qū)域?qū)幍膖ype=DSECT 刪除，否則FLASH寫入不會進行。

SECTIONS

{

b0_dcsm_otp_z1_linkpointer:>B0_DCSM_OTP_Z1_LINKPOINTERPAGE=0,type=DSECT

/*Delete type=DSECT when writing in OTP */

特別需要注意的是：由于以上涉及到的寄存器都位于OTP（One-Time Programmable）FLASH中，不能進行反復更改，因此建議在開發(fā)后期代碼以及內(nèi)存分配確定之后，再進行相關(guān)的設(shè)置。

2.3 加密功能及其使用

在完成了對MCU中memory的分區(qū)以及Zone Select Block位置的設(shè)置后，下面來看DCSM所支持的幾種加密模功能：

1）CSM密碼加密與解密：

CSM加密是DCSM加密的基礎(chǔ)，在完成對MCU 存儲的分區(qū)之后，需要為分區(qū)設(shè)置各自的密碼才能使能加密功能。密碼寄存器Zx-CSMPSWD0/1/2/3位于各自的OTP的Zone Select Block中，具體位置由該區(qū)域的LINKPOINTER決定。對于2837x系列，當Zx-CSMPSWD0/1/2/3的值為默認值1，該區(qū)域處于解鎖狀態(tài)。當寄存器值為全0，該區(qū)域會被鎖死，因此用戶不應當使用全0密碼。

以工程blinky_with_DCSM為例，要設(shè)置Zone1的密碼，我們需要在DCSM_Zx_ZoneSelectBlock.asm中將Zx-CSMPSWDx寄存器改為想要設(shè)置的密碼：

.sect"dcsm_zsel_z1"

.long0xFFFFFFFF;Z1-EXEONLYRAM

.long0xFFFFFFFF;Z1-EXEONLYSECT

.long0xFFFFFFFF;Z1-GRABRAM

.long0xFFFFFFBF;Z1-GRABSECT

.long0x11223344;Z1-CSMPSWD0(LSWof128-bitpassword)

.long0x11223344 ;Z1-CSMPSWD1

.long0x55667788;Z1-CSMPSWD2

.long0x55667788;Z1-CSMPSWD3(MSWof128-bitpassword)

同樣需要在CMD中對相應的dcsm_zsel_zx 的sections 進行修改，刪除type=DSECT，對FLASH的操作才能夠進行。這樣就完成了Zonex 密碼的設(shè)置工作。

b0_dcsm_zsel_z1 : > B0_DCSM_ZSEL_Z1_P0 PAGE = 0

進行加密后，通過仿真器讀取Zone 1 OTP Flash結(jié)果如下：

圖3 加密后的OTP區(qū)域

可以看到此時Zone 1 OTP Flash中除了 CSMPSWDx寄存器中的密碼，其它部分均進行了加密操作。之所以采用這樣的設(shè)計，是為了在開發(fā)初期開發(fā)者可以利用這一特性隨時查看CSM，避免因為密碼遺忘或者寫入操作造成芯片被鎖死。對于密碼區(qū)域的加密需要通過Password Lock 功能進行，將在后文進行進一步描述。

此時，如果試圖通過仿真器讀取加密區(qū)域Flash B，可以看到Flash區(qū)域也進行了加密(返回全0)：

圖3 未加密的Flash（左）與加密后的Flash(右)

要對CSM進行解密，需要經(jīng)過Password match flow(PMF)流程，程序?qū)膬蓚€Zone讀取CSM PWL并與寫入CSMKEYx寄存器的密碼進行比對，若密碼完全一致，則為該區(qū)域解密，否則解密失敗。

圖4 Password Match Flow 流程圖

解密操作可以通過幾種方法進行，首先可以在debug界面單擊tools -> on chip flash -> 在對應位置處輸入密碼，點擊Unlock:

圖5在On chip flash中進行密碼匹配

也可以在.gel文件中找到寫入csmkey寄存器的代碼段，并自行修改密碼：

*(unsignedlong*)0x5F010=0x11223344;// Virtual password

*(unsignedlong*)0x5F012=0x55667788;

*(unsignedlong*)0x5F014=0x11223344;

*(unsignedlong*)0x5F016=0x55667788;

另外，也可以通過在芯片內(nèi)部執(zhí)行一段解密程序完成解密操作，具體代碼可參照.gel文件。

以blinky_with_DCSM為例，如果把代碼段寫入FLASH A，并將FLASH A劃入Zone1設(shè)置密碼保護。在正確輸入密碼時，燒錄操作可以正常進行。

而在不輸入正確密碼時，會出現(xiàn)解鎖失敗的提示，燒錄也會報錯。

圖6 未解鎖狀態(tài)下進行燒錄報錯

NOTE:特別需要注意的是，在使用280049系列芯片時，與傳統(tǒng)C2000系列芯片不同，其ZxOTP_CSMPSWD1寄存中寫入的默認密碼不是全“1”。由于OTP寄存器的特殊性，只能在默認設(shè)置的基礎(chǔ)上將1改成0，否則可能發(fā)生FLASH寫入錯誤。

圖8 28004x CSMPWSD1默認密碼表（部分）

2）仿真代碼保密邏輯 Emulation Code Security Logic(ECSL)

在CSM的基礎(chǔ)上，芯片利用CSM密碼的后64位設(shè)計了仿真加密邏輯。如果試圖在加密代碼中Halt就會觸發(fā)該保護，斷開仿真連接。用戶需要在CSMKEY(0/1)中寫入正確的64位密碼才能啟用仿真，但此時并不會解鎖CSM保護，對CSMKEY(0/1)的寫入方法可以參考上一條。

圖8 在加密代碼中Halt觸發(fā)仿真保護

特別注意，在debug一個加密MCU時，仿真器需要一些時間控制CPU，但此時CPU可能已經(jīng)運行并觸發(fā)ECSL保護導致斷連。要解決此問題，請使用Wait Boot Mode boot選項，在此模式中，CPU會運行在一個循環(huán)中而不進入應用程序，從而避免觸發(fā)保護。具體設(shè)置方法請參考技術(shù)手冊Boot Rom部分，Launchpad可以通過撥動相應的開關(guān)進入此模式。

3）CPU加密邏輯 CPU Secure Logic(CPUSL)

CPU加密邏輯可以防止未授權(quán)者通過Watch Window讀取CPU寄存器，在程序指針指向保護區(qū)域時，所有對于CPU寄存器的訪問都被禁止（程序指針除外）。在此情況下，最好不要對CPU寄存器進行寫入。另外，如果CSM被解鎖，此外，CPUSL也將被關(guān)閉。

圖8 加密代碼運行過程中CPU Registers不可見

4）僅執(zhí)行保護 Execute-Only Protection

對于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)的RAM或FLASH，TI提供了Execute-Only Protection。當該邏輯啟用，任何對該區(qū)域數(shù)據(jù)的讀取都將被禁止。例如如果試圖使用另一個加密區(qū)域中的代碼對Execute-Only Protection加密區(qū)域中的代碼進行復制、讀取等操作都將被禁止。通過寫入EXEONLYSECT以及EXEONLYRAM寄存器對應位的值，可以啟用該功能。

5）密碼鎖 Password Lock

如前文所述，若只采用CSM加密，可以通過Memory Browser發(fā)現(xiàn)此時對應CSM密碼的位置并沒有進行加密。在開發(fā)完成后，開發(fā)者需要通過Password Lock功能對此區(qū)域進行加密，以防他人讀取密碼并進行解密。啟用該保護的方法是向?qū)獏^(qū)域的PSWDLOCK寄存器0：3位寫入0xF以外的值。

圖9 未開啟Password Lock時的ZSB0寄存器值

以blinky_with_DCSM為例，要設(shè)置Zonex的密碼，需要在DCSM_Zx_ZoneSelectBlock.asm中將Zx-PSWDLOCK[3:0]該為非全1，并在CMD中刪去相應部分的.DSECT：

.sect"dcsm_otp_z1_pswdlock"

.long0xFFFFFFFE;Z1-PSWDLOCK

.long0xFFFFFFFF;Reserved

圖10開啟Password Lock時的ZSB0寄存器值

至此，我們就完成了DCSM中各種安全功能的介紹和設(shè)置，特別注意，由于PSWDLOCK等寄存器并不位于Zone Select Block當中，因此只能進行一次寫入，不能進行更改，因此應該在程序開發(fā)后期再加此類保護。

三、小結(jié)

DCSM加密相較于傳統(tǒng)的CSM加密具有更完善的保密措施和更靈活的使用方法。雙密碼的引入允許用戶用不同密碼管理不同部分的代碼，為產(chǎn)品的代碼安全以及后期的升級維護都帶來了極大的便利。本實例以2837x系列芯片為對象，描述了DCSM模塊常見的使用方法。28004x系列芯片僅在DCSM OTP區(qū)域的數(shù)量和使用方法上與2837x略有不用，也可參照此說明進行相應操作。

另外部分C2000芯片也可以使用Unique ID作為種子進行進一步的加密，具體方法不在此展開。

審核編輯：郭婷