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[ATF]-ATF的代码学习篇-一篇就够了

發(fā)布時間：2025/3/21 编程问答 22 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 [ATF]-ATF的代码学习篇-一篇就够了小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

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文章目錄

- - - 1、ATF里都有什么？
    - 2、ATF的編譯
    - 3、ATF的啟動
    - 4、進(jìn)入ATF的和退出ATF方式
    - - (1)、進(jìn)入ATF的方式
      - (2)、退出ATF的方式
    - 5、ATF中向量表的介紹
    - 6、ATF中棧的設(shè)置
    - 7、ATF中寄存器的保存和恢復(fù)
    - 8、ATF的rt_svc介紹(runtime service)
    - - (1)、SMC Calling convention文檔
      - (2)、DECLARE_RT_SVC的使用
      - (3)、DECLARE_RT_SVC的定義
      - （4）、在同步異常中smc_handler64，跳轉(zhuǎn)到響應(yīng)的rt_svc
      - (5)、smc在驅(qū)動中的調(diào)用
      - 5、smc流程下的代碼分析

1、ATF里都有什么？

最初的功能很簡單：

cpu_context的保存和恢復(fù)，即: 雙系統(tǒng)的切換
電源管理、PSCI等

但是隨著技術(shù)的發(fā)展，功能也越來越多，越來越復(fù)雜，以下列舉了當(dāng)前的部分功能：

安全世界的初始化，例如異常向量表、一些控制寄存器和中斷寄
CPU reset和power down的時序。包括Arm DynamIQ cpu的支持。
標(biāo)準(zhǔn)的system IP的驅(qū)動，例如Generic Interrupt Controller (GIC), Cache Coherent Interconnect (CCI), Cache Coherent Network (CCN), Network Interconnect (NIC) and TrustZone Controller (TZC).
一種通用的SCMI驅(qū)動程序, 適用于電源控制接口，例如ARM SYSTEM Control Processor(SCP)
smc處理，using an EL3 runtime services framework
PSCI庫的支持，用于CPU/Cluster/system的電源管理，這個庫集成到了aarch64 el3的runtime中，也適用于aarch32 el3
secure monitor代碼，用于world切換、中斷routing
SPDs for the OP-TEE Secure OS, NVIDIA Trusted Little Kernel and Trusty Secure OS
SecureBoot實(shí)現(xiàn)
預(yù)集成TBB與Arm CryptoCell產(chǎn)品，利用其硬件Root的信任和加密加速服務(wù)。

如需更詳細(xì)，請參考《ATF里面都有什么？》一文

2、ATF的編譯

不同平臺之間的設(shè)計(jì)肯定都是不一樣的，但大多數(shù)類似如下，請注意RESET_TO_BL31=1,表示該ATF從BL31啟動。

make -C $DIRPATH RESET_TO_BL31=1 PLAT=xxx clean
make -C $DIRPATH RESET_TO_BL31=1 PLAT=xxx HIGHADDR_DEVICE=1 all

3、ATF的啟動

廢話不多說，直接上圖，請自行理解:BL1 BL2 BL31 BL32 BL33的概念、EL3 S-EL1 NS-EL1的概念。

4、進(jìn)入ATF的和退出ATF方式

透過事務(wù)看本質(zhì), 進(jìn)入和退出ATF，就是就是EL等級切換的過程，那么EL等級都是怎么切換的呢？通過下面一張圖就可以說明這一切:

(事實(shí)上除了以上同步異常指令，如果是觸發(fā)異步異常，也會trapped到ATF)

(1)、進(jìn)入ATF的方式

進(jìn)入ATF的方式觸發(fā)異常：同步異常SMC、異步異常(irq,fiq)

? 如果是同步異常，那么一定是在linux或tee中發(fā)生了smc調(diào)用，此時進(jìn)入跳轉(zhuǎn)ATF中異常向量表中的同步異常程序smc_handler64或smc_handler32
.
在該程序中，解析smc id，來選擇跳轉(zhuǎn)到具體哪一個rt-svc(runtime service)
? 如果是異步異常，那么一定是觸發(fā)了irq或fiq或serror中斷等，此時進(jìn)入跳轉(zhuǎn)ATF中異常向量表中的異步異常程序，進(jìn)而跳轉(zhuǎn)到響應(yīng)的中斷處理函數(shù).
.
在ATF中僅實(shí)現(xiàn)irq_aarch64、fiq_aarch64、irq_aarch32、fiq_aarch32 四個異常中斷處理函數(shù)

vector_entry irq_aarch64check_and_unmask_eahandle_interrupt_exception irq_aarch64 end_vector_entry irq_aarch64vector_entry fiq_aarch64check_and_unmask_eahandle_interrupt_exception fiq_aarch64 end_vector_entry fiq_aarch64vector_entry irq_aarch32check_and_unmask_eahandle_interrupt_exception irq_aarch32 end_vector_entry irq_aarch32vector_entry fiq_aarch32check_and_unmask_eahandle_interrupt_exception fiq_aarch32 end_vector_entry fiq_aarch32

在中斷函數(shù)中，先調(diào)用plat_ic_get_pending_interrupt_type獲取interrupt_type，其實(shí)就是通過讀取寄存器read_icc_hppir0_el1() ，判斷中斷是從那里來的，然后返回下面三種interrupt_type:

#define INTR_TYPE_S_EL1 U(0)
#define INTR_TYPE_EL3 U(1)
#define INTR_TYPE_NS U(2)

有了type，再get_interrupt_type_handler獲取handler程序，進(jìn)而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的handler程序。

ATF中中斷的注冊(這三種類型的handler程序的注冊)，以INTR_TYPE_S_EL1為例：
在開機(jī)bl32_main調(diào)用opteed_setup()時，將opteed_sel1_interrupt_handler()函數(shù)注冊成了INTR_TYPE_S_EL1類型中斷，同時也會將REE(Linux)使用的SCR_EL3.FIQ配置成1,
也意味著當(dāng)CPU運(yùn)行在TEE時，來了一個secure group1的中斷，此中斷在REE中被標(biāo)記FIQ后將被target到EL3，進(jìn)入EL3(ATF)的中斷處理函數(shù)，也就是剛才注冊的opteed_sel1_interrupt_handler()函數(shù)，在該函數(shù)中，會將cpu切換到TEE中，去處理這個中斷;

(2)、退出ATF的方式

進(jìn)入EL3(ATF)的方式觸發(fā)異常：ERET指令、或是主動修改PSTATE寄存器

在ATF中執(zhí)行smc_handler或中斷handler結(jié)束后，會調(diào)用el3_exit，el3_exit會調(diào)用ERET指令，恢復(fù)Secure或non-secure的PC指針和PSTATE，回到secure EL1或non-secure EL1.

下圖是一個smc進(jìn)入ATF，處理完任務(wù)后再返回EL1的過程:

5、ATF中向量表的介紹

請參考《Linux Kernel/optee/ATF等操作系統(tǒng)的異常向量表的速查》一文

6、ATF中棧的設(shè)置

請參考《思想解讀:TF-A(ATF)中棧指針和棧內(nèi)存的設(shè)計(jì)思想解讀》一文

7、ATF中寄存器的保存和恢復(fù)

請參考《TF-A代碼閱讀: 雙系統(tǒng)切換時是如何保存寄存器的(cpu_context介紹)》一文

8、ATF的rt_svc介紹(runtime service)

(1)、SMC Calling convention文檔

我們重點(diǎn)看下這張表，對應(yīng)smc id的定義

bit31決定是fast call，還是std call(yield對應(yīng)的就是std call)
bit30表示是以32位傳參，還是以64位傳參，注意我們看了optee在linux的driver，都是以32位方式
bit29:24 決定服務(wù)的類型
bit23:16 reserved
bit15:0 每種call類型下，表示range

bit31、bit30、bit23:16、bit15:0 都是很好理解，我們來講一下bit29:24
在ATF中定義rt_svc（runtime service）時，需按照該文檔的描述來定義

例如在opteed_main.c中，定義了一個service，它的call類型是OEN_TOS_START–OEN_TOS_END，對應(yīng)的恰好是bit29:24 = 50–63

DECLARE_RT_SVC(opteed_fast,OEN_TOS_START,OEN_TOS_END,SMC_TYPE_FAST,opteed_setup,opteed_smc_handler );

那么我們在linux kernel中，調(diào)用smc時的smc id的bit29:24需要等于50，那么此次的smc調(diào)用才會調(diào)用到這個runtime service的handler程序

例如在arm_arch_svc_setup.c中，定義了一個service，它的call類型是OEN_ARM_START–OEN_ARM_END，對應(yīng)的恰好是bit29:24 = 0–0

/* Register Standard Service Calls as runtime service */ DECLARE_RT_SVC(arm_arch_svc,OEN_ARM_START,OEN_ARM_END,SMC_TYPE_FAST,NULL,arm_arch_svc_smc_handler );

那么我們在linux kernel中，調(diào)用smc時的smc id的bit29:24需要等于0，那么此次的smc調(diào)用才會調(diào)用到這個runtime service的handler程序

例如mtk代碼中，mtk_sip_svc.c中，定義了一個service，它的call類型是OEN_SIP_START–OEN_SIP_END，對應(yīng)的恰好是bit29:24 = 2–2

/* Define a runtime service descriptor for fast SMC calls */ DECLARE_RT_SVC(mediatek_sip_svc,OEN_SIP_START,OEN_SIP_END,SMC_TYPE_FAST,NULL,sip_smc_handler );

那么我們在linux kernel中，調(diào)用smc時的smc id的bit29:24需要等于2，那么此次的smc調(diào)用才會調(diào)用到這個runtime service的handler程序

(2)、DECLARE_RT_SVC的使用

DECLARE_RT_SVC是一個宏，用于定義一組service，例如在opteed_main.c中的使用

/* Define an OPTEED runtime service descriptor for fast SMC calls */ DECLARE_RT_SVC(opteed_fast,OEN_TOS_START,OEN_TOS_END,SMC_TYPE_FAST,opteed_setup,opteed_smc_handler );/* Define an OPTEED runtime service descriptor for yielding SMC calls */ DECLARE_RT_SVC(opteed_std,OEN_TOS_START,OEN_TOS_END,SMC_TYPE_YIELD,NULL,opteed_smc_handler );

其中OEN_TOS_START和OEN_TOS_END、SMC_TYPE_FAST和SMC_TYPE_YIELD都是按照SMC Calling convention文檔來定義的

#define OEN_ARM_START U(0) #define OEN_ARM_END U(0) #define OEN_CPU_START U(1) #define OEN_CPU_END U(1) #define OEN_SIP_START U(2) #define OEN_SIP_END U(2) #define OEN_OEM_START U(3) #define OEN_OEM_END U(3) #define OEN_STD_START U(4) /* Standard Service Calls */ #define OEN_STD_END U(4) #define OEN_STD_HYP_START U(5) /* Standard Hypervisor Service calls */ #define OEN_STD_HYP_END U(5) #define OEN_VEN_HYP_START U(6) /* Vendor Hypervisor Service calls */ #define OEN_VEN_HYP_END U(6) #define OEN_TAP_START U(48) /* Trusted Applications */ #define OEN_TAP_END U(49) #define OEN_TOS_START U(50) /* Trusted OS */ #define OEN_TOS_END U(63) #define OEN_LIMIT U(64)#define SMC_TYPE_FAST ULL(1) #define SMC_TYPE_YIELD ULL(0)

SMC_TYPE_FAST和SMC_TYPE_YIELD也是根據(jù)SMC Calling convention文檔定義

(3)、DECLARE_RT_SVC的定義

在runtime_svc.h中，其實(shí)就是在section(“rt_svc_descs”)段中定義了一個全局變量.

/** Convenience macros to declare a service descriptor*/ #define DECLARE_RT_SVC(_name, _start, _end, _type, _setup, _smch) \static const rt_svc_desc_t __svc_desc_ ## _name \__section("rt_svc_descs") __used = { \.start_oen = (_start), \.end_oen = (_end), \.call_type = (_type), \.name = #_name, \.init = (_setup), \.handle = (_smch) \}

section “rt_svc_descs”在RT_SVC_DESCS宏中

#define RT_SVC_DESCS \. = ALIGN(STRUCT_ALIGN); \__RT_SVC_DESCS_START__ = .; \KEEP(*(rt_svc_descs)) \__RT_SVC_DESCS_END__ = .;

而在rodata_common的宏中，定義了RT_SVC_DESCS

#define RODATA_COMMON \RT_SVC_DESCS \FCONF_POPULATOR \PMF_SVC_DESCS \PARSER_LIB_DESCS \CPU_OPS \GOT \BASE_XLAT_TABLE_RO

在bl31.ld.S中，將RODATA_COMMON放入了rodata段

.rodata . : {__RODATA_START__ = .;*(SORT_BY_ALIGNMENT(.rodata*))RODATA_COMMON/* Place pubsub sections for events */. = ALIGN(8); #include <lib/el3_runtime/pubsub_events.h>. = ALIGN(PAGE_SIZE);__RODATA_END__ = .;} >RAM

（4）、在同步異常中smc_handler64，跳轉(zhuǎn)到響應(yīng)的rt_svc

附上完整代碼和注釋

smc_handler64:/* NOTE: The code below must preserve x0-x4 *//** Save general purpose and ARMv8.3-PAuth registers (if enabled).* If Secure Cycle Counter is not disabled in MDCR_EL3 when* ARMv8.5-PMU is implemented, save PMCR_EL0 and disable Cycle Counter.*/bl save_gp_pmcr_pauth_regs#if ENABLE_PAUTH/* Load and program APIAKey firmware key */bl pauth_load_bl31_apiakey #endif/** Populate the parameters for the SMC handler.* We already have x0-x4 in place. x5 will point to a cookie (not used* now). x6 will point to the context structure (SP_EL3) and x7 will* contain flags we need to pass to the handler.*/mov x5, xzrmov x6, sp/** Restore the saved C runtime stack value which will become the new* SP_EL0 i.e. EL3 runtime stack. It was saved in the 'cpu_context'* structure prior to the last ERET from EL3.*/ldr x12, [x6, #CTX_EL3STATE_OFFSET + CTX_RUNTIME_SP]/* Switch to SP_EL0 */msr spsel, #MODE_SP_EL0/** Save the SPSR_EL3, ELR_EL3, & SCR_EL3 in case there is a world* switch during SMC handling.* TODO: Revisit if all system registers can be saved later.*/mrs x16, spsr_el3mrs x17, elr_el3mrs x18, scr_el3stp x16, x17, [x6, #CTX_EL3STATE_OFFSET + CTX_SPSR_EL3]str x18, [x6, #CTX_EL3STATE_OFFSET + CTX_SCR_EL3]/* Copy SCR_EL3.NS bit to the flag to indicate caller's security */bfi x7, x18, #0, #1mov sp, x12/* Get the unique owning entity number */ubfx x16, x0, #FUNCID_OEN_SHIFT, #FUNCID_OEN_WIDTH ---------------- 獲取FUNCID_OEN_SHIFT，對應(yīng)第一節(jié)中的OEN_TOS_STARTubfx x15, x0, #FUNCID_TYPE_SHIFT, #FUNCID_TYPE_WIDTH ---------------- 獲取FUNCID_TYPE_SHIFT，對應(yīng)第一節(jié)中的SMC_TYPE_FAST(fast還是yield,yield其實(shí)就是standard)orr x16, x16, x15, lsl #FUNCID_OEN_WIDTH/* Load descriptor index from array of indices */adrp x14, rt_svc_descs_indices ----在runtime_svc_init()中會將所有的section rt_svc_descs段放入rt_svc_descs_indices數(shù)組，這里獲取該數(shù)組地址add x14, x14, :lo12:rt_svc_descs_indicesldrb w15, [x14, x16] ---找到rt_svc在rt_svc_descs_indices數(shù)組中的index/* Any index greater than 127 is invalid. Check bit 7. */tbnz w15, 7, smc_unknown/** Get the descriptor using the index* x11 = (base + off), w15 = index -------------------------重要的注釋** handler = (base + off) + (index << log2(size)) ------ 這句注釋特別重要，整段匯編看不懂沒關(guān)系，這句注釋看懂就行*/adr x11, (__RT_SVC_DESCS_START__ + RT_SVC_DESC_HANDLE)lsl w10, w15, #RT_SVC_SIZE_LOG2ldr x15, [x11, w10, uxtw] ------------------------------這句話對應(yīng)的就是上述注釋:handler = (base + off) + (index << log2(size))/** Call the Secure Monitor Call handler and then drop directly into* el3_exit() which will program any remaining architectural state* prior to issuing the ERET to the desired lower EL.*/ #if DEBUGcbz x15, rt_svc_fw_critical_error #endifblr x15 -------------------------------------跳轉(zhuǎn)到handlerb el3_exit

(5)、smc在驅(qū)動中的調(diào)用

在optee_smc.h中，我們可以查看linux kernel中給driver定義的smc的類型有：

首先是兩個宏，一個用于定義fast call，一個用于定義std call

#define OPTEE_SMC_STD_CALL_VAL(func_num) \ARM_SMCCC_CALL_VAL(ARM_SMCCC_STD_CALL, ARM_SMCCC_SMC_32, \ARM_SMCCC_OWNER_TRUSTED_OS, (func_num)) #define OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(func_num) \ARM_SMCCC_CALL_VAL(ARM_SMCCC_FAST_CALL, ARM_SMCCC_SMC_32, \ARM_SMCCC_OWNER_TRUSTED_OS, (func_num))

std call只有兩個cmd，一個用于正向調(diào)用，一個用于rpc調(diào)用

#define OPTEE_SMC_FUNCID_RETURN_FROM_RPC 3 #define OPTEE_SMC_CALL_RETURN_FROM_RPC \OPTEE_SMC_STD_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_RETURN_FROM_RPC)#define OPTEE_SMC_FUNCID_CALL_WITH_ARG OPTEE_MSG_FUNCID_CALL_WITH_ARG #define OPTEE_SMC_CALL_WITH_ARG \OPTEE_SMC_STD_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_CALL_WITH_ARG)

fast call有5個分別用于: get_os_uuid、get_shm_config、exchange_capabilities、disable_shm_cache、enable_shm_cache

#define OPTEE_SMC_FUNCID_GET_OS_UUID OPTEE_MSG_FUNCID_GET_OS_UUID #define OPTEE_SMC_CALL_GET_OS_UUID \OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_GET_OS_UUID)#define OPTEE_SMC_FUNCID_GET_SHM_CONFIG 7 #define OPTEE_SMC_GET_SHM_CONFIG \OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_GET_SHM_CONFIG)#define OPTEE_SMC_FUNCID_EXCHANGE_CAPABILITIES 9 #define OPTEE_SMC_EXCHANGE_CAPABILITIES \OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_EXCHANGE_CAPABILITIES)#define OPTEE_SMC_FUNCID_DISABLE_SHM_CACHE 10 #define OPTEE_SMC_DISABLE_SHM_CACHE \OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_DISABLE_SHM_CACHE)#define OPTEE_SMC_FUNCID_ENABLE_SHM_CACHE 11 #define OPTEE_SMC_ENABLE_SHM_CACHE \OPTEE_SMC_FAST_CALL_VAL(OPTEE_SMC_FUNCID_ENABLE_SHM_CACHE)

5、smc流程下的代碼分析

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[ATF]-ATF的代码学习篇-一篇就够了的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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