TrustZone

概述

ARM TrustZone技术是所有Cortex-A系列CPU的基本功能，是通过ARM的安全扩展引入的。TrustZone从硬件层面提供安全机制，将CPU的工作状态分为Normal World（非安全世界）和Secure World（安全世界），涉及到安全相关的操作比如指纹、密码等都要在安全世界中进行，其他操作在非安全世界中运行

系统架构

ARM提供了一套TrustZone技术的开源解决方案TF-A，他是一套底层固件，由于不同芯片原厂的SoC各不相同，芯片原厂一般会基于这个开源的TF-A针对自己的芯片再做一些修改，我们直接用芯片原厂修改好的就行了

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前面提到了启用了ARM TrustZone后，CPU被分为2个世界，而这2个世界交互的桥梁就是ARM Trusted Firmware（通过ARM的SMC硬件指令），此时CPU会陷入EL3特权等级

ARMv8特权等级

ARMv8架构有32位的和64位的CPU，分别是AArch64和AArch32，他们都有4个特权等级：EL0~EL3（数字越高、特权越高）

其中根据CPU所处的世界又可以分为安全EL0、安全EL1和非安全EL0、非安全EL1

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ELO:一般的应用程序
EL1:操作系统，比如Linux
EL2:虚拟化(Hypervisor)，虚拟机管理器
EL3:最底层的安全固件，如 ARM TrustedFirmware(ATF/TF-A)
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AArch32模式下，EL0~EL3对应ARMv7的不同工作模式

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Trusted OS一般指的是OP-TEE，它和Linux内核同时运行，前者负责可信APP，后者负责一般APP

启动流程

传统的ARM架构CPU比如i.MX6ULL的启动流程大致如下：

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BootROM => uboot => kernel => rootfs

ARM TrustZone体系架构讲系统的启动流程定义为以下阶段（AArch64）：BL1、BL2、BL31、BL32、BL33如果把这些阶段的定义映射到RK平台上，对应关系如下：BootROM（BL1）、MiniLoader（BL2）、Trust（BL31[ARM Trust Firmware] + BL32[OP-TEE OS]）、U-Boot（BL33）

他们的功能如下：

  • BL1

    • 它是 TF-A 的第一个启动阶段，芯片复位以后就会运行 b1 镜像，TF-A 提供了 b1 源码。但是，实际上 bl1 一般是半导体厂商自己编写的内部 Boot ROM 代码，并没有使用 TF-A 提供的 b1 镜像。因此 bl1 部分的实现就千差万别，不同的半导体厂商有不同的实现方法
    • 一般 bl1 要做的就是初始化 CPU，如果芯片支持不同的启动设备，那么还需要初始化不同的启动设备，比如NAND.EMMC、SD、USB 或串口等，然后根据 BOOT 引脚的高低电平来判断当前所选择的启动设备，从对应的启动设备中加载 bl2 镜像，并放到对应的内存中，最后跳转到 bl2 镜像并运行

  • BL2

    • 进一步的初始化芯片，比如初始化 DDR、MMU、串口等。bl2 会将剩下三个阶段(bl31、bl32 和 bl33)对应的镜像加载到指定的内存中，最后根据实际情况来启动剩下三个阶段的镜像

  • BL31

    • 在 AArch64 中，bl31 主要是 EL3 的 Runtime 固件

  • BL32

    • bl32 一般为安全系统(TEE OS)固件，比如 OP-TEE。TF-A为 AArch32 提供了 EL3 的 Runtime 软件，这个Runtime 软件就是 bl32 固件，sp_min 就是这个 Runtime 软件。大家可以打开 TF-A 的 bl32 源码文件夹，其下就有一个名为“sp_min”的子文件夹，这个就是 bl32 的 sp_min 源码，如图所示:
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    • bl32 提供运行时安全服务，在 TF-A 中默认使用 sp_min。sp_min 是一个最小的 AArch32 安全负载(SecurePayload)，整合了 PSCI 库以及 AArch32 的 EL3 运行时软件。sp_min 可以替代可信系统(TEE OS)或者可信执行环境(TEE)，比如 OP-TEE。用户可以自行选择 bl32 使用哪个软件包
    • bl32 充当安全监控(secure monitor)，因此它向非安全系统(non-secure os，比如 linux)提供了一些安全服务。非安全的应用软件可以通过安全监控调用(secure monitor calls)来使用这些安全服务，这些代码支持标准的服务调用比如 PSCI

  • BL33

    • Normal世界下的镜像文件，比如u-boot

对于AArch32来说，以上过程会被简化，只有以下几步：

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BL1:第1个阶段，一般为芯片内部 ROM 代码
BL2:第2 个阶段，可信启动固件
BL32:EL3 运行时(Runtime)软件
BL33:非安全固件，比如 uboot

ARM Trust Firmware其实本身包含了BL1、BL2、BL31的功能，但是RK仅使用了它BL31的功能

RK 安卓系统的启动流程如下

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BOOTROM => Loader(ddr.bin + mini-loader) => Trust => kernel => Android
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