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ATF启动(一):整体启动流程

摸肚子的小胖子 2023-04-04 原文

前言

关于ATF启动这里先整个宏观的概念。

这个blog讲的很好,就不重复写了,自己写还写不到这么清晰,图页很漂亮。

原文链接:https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/14175126.html

启动正文

下图划分成不同EL,分别描述BL1、BL2、BL31、BL32、BL33启动流程,以及PSCI、SP处理流程。

1. 冷启动(Cold boot)流程及阶段划分

restart–冷启动
reset–热启动

ATF冷启动实现分为5个步骤:

  • BL1 - AP Trusted ROM,一般为BootRom。
  • BL2 - Trusted Boot Firmware,一般为Trusted Bootloader。
  • BL31 - EL3 Runtime Firmware,一般为SML,管理SMC执行处理和中断,运行在secure monitor中。
  • BL32 - Secure-EL1 Payload,一般为TEE OS Image。
  • BL33 - Non-Trusted Firmware,一般为uboot、linux kernel。

ATF输出BL1、BL2、BL31,提供BL32和BL33接口。
(我想提供的接口就是BL32和BL33的镜像可以是指定的,atf其实是一个启动框架,这其中包含的五个步骤,每个步骤你想要的内容,可以由厂商自己定义。)

启动流程如下:

1.1 BL1

BL1位于ROM中,在EL3下从reset vector处开始运行。(bootrom就是芯片上电运行的(chip-rom的作用就是跳转到bootrom))

BL1做的工作主要有:

  • 决定启动路径:冷启动还是热启动。
  • 架构初始化:异常向量、CPU复位处理函数配置、控制寄存器设置(SCRLR_EL3/SCR_EL3/CPTR_EL3/DAIF)
  • 平台初始化:使能Trusted Watchdog、初始化控制台、配置硬件一致性互联、配置MMU、初始化相关存储设备。
  • 固件更新处理
  • BL2镜像加载和执行:
    • BL1输出“Booting Trusted Firmware"。
    • BL1加载BL2到SRAM;如果SRAM不够或者BL2镜像错误,输出“Failed to load BL2 firmware.”。
    • BL1切换到Secure EL1并将执行权交给BL2.

1.2 BL2

BL2位于SRAM中,运行在Secure EL1主要工作有:

  • 架构初始化:EL1/EL0使能浮点单元和ASMID。
  • 平台初始化:控制台初始化、相关存储设备初始化、MMU、相关设备安全配置、
  • SCP_BL2:系统控制核镜像加载,单独核处理系统功耗、时钟、复位等控制。
  • 加载BL31镜像:BL2将控制权交给BL1;BL1关闭MMU并关cache;BL1将控制权交给BL31。
  • 加载BL32镜像:BL32运行在安全世界,BL2依赖BL31将控制权交给BL32。SPSR通过Secure-EL1 Payload Dispatcher进行初始化。
  • 加载BL33镜像:BL2依赖BL31将控制权交给BL33。

1.3 BL31

BL31位于SRAM中,EL3模式。除了做架构初始化和平台初始化外,还做了如下工作:

  • PSCI服务初始化,后续提供CPU功耗管理操作。
  • BL32镜像运行初始化,处于Secure EL1模式。
  • 初始化非安全EL2或EL1,跳转到BL33执行。
  • 负责安全非安全世界切换。
  • 进行安全服务请求的分发。

这两幅图真的不错,棒。

小结

ATF将系统启动从最底层进行了完整的统一划分,将secure monitor的功能放到了bl31中进行,这样当系统完全启动之后,在CA或者TEE OS中触发了smc或者是其他的中断之后,首先是遍历注册到bl31中的对应的service来判定具体的handle,这样可以对系统所有的关键smc或者是中断操作做统一的管理和分配

在上述启动过程中,每个Image跳转到写一个image的方式各不相同,下面将列出启动过程中每个image跳转到下一个image的过程:

1. bl1跳转到bl2执行

在bl1完成了bl2 image加载到RAM中的操作,中断向量表设定以及其他CPU相关设定之后,在bl1_main函数中解析出bl2 image的描述信息,获取入口地址,并设定下一个阶段的cpu上下文,完成之后,调用el3_exit函数实现bl1到bl2的跳转操作,进入到bl2中执行.

2.bl2跳转到bl31执行

在bl2中将会加载bl31, bl32, bl33的image到对应权限的RAM中,并将该三个image的描述信息组成一个链表保存起来,以备bl31启动bl32和bl33使用在AACH64中,bl31位于EL3 runtime software,运行时的主要功能是管理smc指令的处理和中断的主力,运行在secure monitor状态中

bl32一般为TEE OS image,本章节以OP-TEE为例进行说明

bl33为非安全image,例如uboot, linux kernel等,当前该部分为bootloader部分的image,再由bootloader来启动linux kernel.(所以不会这么久就是为了整个bootloader吧,应该是kernel吧)

从bl2跳转到bl31是通过带入bl31的entry point info调用smc指令触发在bl1中设定的smc异常来通过cpu将全向交给bl31并跳转到bl31中执行。(这个handle是再bl1配置的)

3.bl31跳转到bl32执行

在bl31中会执行runtime_service_inti操作,该函数会调用注册到EL3中所有service的init函数, 其中有一个service就是为TEE服务,该service的init函数会将TEE OS的初始化函数赋值给bl32_init变量,当所有的service执行完init后,在bl31中会调用bl32_init执行的函数来跳转到TEE OS的执行

4.bl31跳转到bl33执行

当TEE_OS image启动完成之后会触发一个ID为TEESMC_OPTEED_RETURN_ENTRY_DONE的smc调用来告知EL3 TEE OS image已经完成了初始化,然后将CPU的状态恢复到bl31_init的位置继续执行。

bl31通过遍历在bl2中记录的image链表来找到需要执行的bl33的image。然后通过获取到bl33 image的镜像信息,设定下一个阶段的CPU上下文,退出el3然后进入到bl33 image的执行

这一步对宏观的步骤有所认识,下一步对每个步骤的细节进行认识。

参考资料:

《手机安全和可信应用开发指南:TrustZone与OP-TEE技术详解 》
https://www.cnblogs.com/arnoldlu/category/1919344.html

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