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01_SMC_Calling_Convention(SMCCC)

發(fā)布時間：2025/3/21 编程问答 29 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 01_SMC_Calling_Convention(SMCCC) 小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

引流關(guān)鍵詞: PSCI ,Power State Coordination Interface, TF-A,TF-M,ATF,TrustedFirmware,trustzone,TEE,optee,trusty,tlk,lk,armv8,armv9,arm,secureboot,BL31,BL32,BL1,BL2,hypervisor,終端安全,secureboot,security,virtulization

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說明：
官方文檔看著也沒啥意思，屬于規(guī)范性文檔，用到時去查詢即可。學(xué)習(xí)的話只看本篇就行了

- - - 1. 簡介
    - 2 SMC and HVC calling的規(guī)定
    - - 2.1 Secure Monitor Calls
      - 2.2 Hypervisor Calls
      - 2.3 Fast Calls and Yielding Calls
      - 2.4 32-bit and 64-bit的規(guī)定
      - 2.5 Function Identifiers
      - 2.5.1 Fast Calls
        2.5.2 Yielding Calls
        2.5.3 Conduits
      - 2.6 SMC32/HVC32參數(shù)傳遞
      - 2.7 SMC64/HVC64參數(shù)傳遞
      - 2.8 SVE, SIMD and floating-point registers
      - 2.9 SMC and HVC immediate value
      - 2.10 Client ID (optional)
      - 2.10.1 SMC calls
        2.10.2 HVC calls
      - 2.11 Secure OS ID (optional)
      - 2.12 Session ID (optional)
    - 3 AArch64 SMC and HVC calling conventions

1. 簡介

本文檔定義了在 Armv7 和 Armv8 架構(gòu)中與安全監(jiān)視器調(diào)用 (SMC) 和管理程序調(diào)用 (HVC) 指令一起使用的通用調(diào)用機(jī)制。

SMC 指令用于生成同步異常，該異常由運(yùn)行在 EL3 中的 Secure Monitor 代碼處理。參數(shù)和返回值在寄存器中傳遞。由安全監(jiān)視器處理后，由指令產(chǎn)生的調(diào)用可以傳遞到受信任的操作系統(tǒng)或安全軟件堆棧中的某個其他實(shí)體。

HVC 指令用于生成同步異常，該異常由運(yùn)行在 EL2 中的管理程序處理。參數(shù)和返回值在寄存器中傳遞。管理程序還可以捕獲由來賓操作系統(tǒng)（在 EL1 處）發(fā)出的 SMC 調(diào)用，從而允許根據(jù)需要模擬、傳遞或拒絕調(diào)用。

該規(guī)范旨在簡化軟件層之間的集成并減少碎片，例如操作系統(tǒng)、管理程序、可信操作系統(tǒng)、安全監(jiān)視器和系統(tǒng)固件。

2 SMC and HVC calling的規(guī)定

2.1 Secure Monitor Calls

在 Arm 架構(gòu)中，同步控制通過 Secure Monitor Call (SMC) 異常 [1.][2.] 在正常的 Non-secure 狀態(tài)和 Secure 狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移。 SMC 異常由 SMC 指令 [1.][2.] 生成，并由安全監(jiān)視器處理。 Secure Monitor 的操作由通過寄存器傳入的參數(shù)決定。

2.2 Hypervisor Calls

由操作系統(tǒng)在 EL1 進(jìn)行的管理程序調(diào)用 (HVC) 導(dǎo)致控制同步轉(zhuǎn)移到 EL2 管理程序，并被視為 HVC 異常。管理程序的操作由通過寄存器傳入的參數(shù)決定。

2.3 Fast Calls and Yielding Calls

定義了兩種類型的調(diào)用：

Fast Calls 執(zhí)行原子操作。從調(diào)用 PE 的角度來看，調(diào)用似乎是原子的，并在請求的操作完成時返回
Yielding Calls 啟動可以被非安全中斷搶占的操作。調(diào)用可以在請求的操作完成之前返回。附錄 A：Yielding Service提供了一個Yielding call的示例。

2.4 32-bit and 64-bit的規(guī)定

對于 SMC 和 HVC，定義了兩個調(diào)用約定指令：

SMC32/HVC32：32 位接口，可由 32 位或 64 位客戶端代碼使用，最多可傳遞七個 32 位參數(shù)。因?yàn)橹挥?SMC32 和 HVC32 調(diào)用用于識別功能標(biāo)識符范圍，所以 32 位調(diào)用約定對于所有兼容系統(tǒng)都是強(qiáng)制性的，無論它們是 32 位還是 64 位系統(tǒng)。有關(guān)更多信息，請參閱第 6.2 節(jié)。
SMC64/HVC64：64 位接口，只能由 64 位客戶端代碼使用，最多可傳遞 17 個 64 位參數(shù)。 SMC64/HVC64 調(diào)用預(yù)期為 64 位等效于 32 位調(diào)用（如果適用）。

2.5 Function Identifiers

函數(shù)標(biāo)識符(Function Identifiers)在每次 SMC 和 HVC 調(diào)用的 W0 上傳遞。它的 32 位整數(shù)值指示調(diào)用者正在請求哪個函數(shù)。它始終作為第一個參數(shù)傳遞給 R0 或 W0 中的每個 SMC 或 HVC 調(diào)用。位 W0[31] 確定調(diào)用是快速 (W0[31]==1) 還是屈服 (W0[31]==0)。

2.5.1 Fast Calls

在Fast Calls情況下 (W0[31]==1)，位 W0[30:0] 確定：

要調(diào)用的服務(wù)
要調(diào)用的函數(shù)
正在使用的調(diào)用約定（32 位或 64 位）

32 位值中的幾個位定義了對 Fast Calls 有效的含義，如下圖所示

2.5.2 Yielding Calls

在 Yielding Call 情況下 (W0[31]==0)，可信操作系統(tǒng) Yielding Calls 被放置在 0x02000000-0x1FFFFFFF 范圍內(nèi)。

2.5.3 Conduits

除了標(biāo)準(zhǔn)管理程序調(diào)用和供應(yīng)商特定管理程序調(diào)用外，預(yù)計(jì)服務(wù)調(diào)用將通過 SMC 指令調(diào)用。但是，在某些平臺上，SMC 指令不可用，可以通過 HVC 指令訪問服務(wù)。用于調(diào)用服務(wù)的方法稱為管道。表 2-2 描述了哪些管道可用，以及它們?nèi)绾我蕾囉?br /> 實(shí)施的。

但是，SMC 調(diào)用約定并未指定使用哪個指令（SMC 或 HVC）來調(diào)用特定服務(wù)。

2.6 SMC32/HVC32參數(shù)傳遞

當(dāng)使用 SMC32/HVC32 約定時，SMC 或 HVC 指令采用函數(shù)標(biāo)識符和最多七個 32 位寄存器值作為參數(shù)，并返回狀態(tài)和最多七個 32 位寄存器值。

當(dāng)從 AArch32 發(fā)出 SMC32/HVC32 調(diào)用時：

A Function Identifier is passed in register R0.
Arguments are passed in registers R1-R7.
Results are returned in R0-R7.
The registers R4-R7 must be preserved unless they contain results, as specified in the function definition.
Registers R8-R14 are saved by the function that is called, and must be preserved over the SMC or HVC call.

當(dāng)從 AArch64 發(fā)出 SMC32/HVC32 調(diào)用時：

A Function Identifier is passed in register W0.
Arguments are passed in registers W1-W7.
Results are returned in W0-W7.
Registers W4-W7 must be preserved unless they contain results, as specified in the function definition.
Registers X8-X30 and stack pointers SP_EL0 and SP_ELx are saved by the function that is called, and must be preserved over the SMC or HVC call.

在 SMC 或 HVC 調(diào)用后，未使用的結(jié)果寄存器和暫存寄存器可能會泄漏信息。實(shí)現(xiàn)可以通過在調(diào)用期間保留寄存器狀態(tài)或在每個寄存器中返回常量值（例如零）來降低這種風(fēng)險(xiǎn)。
來自 AArch32 和 AArch64 的 SMC32/HVC32 調(diào)用對參數(shù)和結(jié)果使用相同的物理寄存器，因?yàn)?AArch64 中的寄存器名稱 W0-W7 映射到 AArch32 中的寄存器名稱 R0-R7。

2.7 SMC64/HVC64參數(shù)傳遞

當(dāng)使用 SMC64/HVC64 約定時，SMC 或 HVC 指令采用函數(shù)標(biāo)識符，最多可達(dá)寄存器中的 17 個 64 位參數(shù)，并在寄存器中返回狀態(tài)和最多 17 個 64 位值。當(dāng)從 AArch64 發(fā)出 SMC64/HVC64 調(diào)用時：

函數(shù)標(biāo)識符在寄存器 W0 中傳遞。
參數(shù)在寄存器 X1-X17 中傳遞。
結(jié)果在 X0-X17 中返回。
寄存器 X4-X17 必須保留，除非它們包含函數(shù)定義中指定的結(jié)果。
寄存器 X18-X30 和堆棧指針 SP_EL0 和 SP_ELx 由被調(diào)用的函數(shù)保存，并且必須通過 SMC 或 HVC 調(diào)用保留。

在 AArch32 狀態(tài)下執(zhí)行的代碼不能使用此調(diào)用約定。任何來自 AArch32 狀態(tài)的 SMC64/HVC64 調(diào)用都會收到“Unknown Function Identifier”結(jié)果。
未使用做為結(jié)果寄存器的寄存器，在 SMC 或 HVC 返回后有泄露信息的風(fēng)險(xiǎn)，未使用做為返回結(jié)果的這些寄存器，可以在SMC 或 HVC返回之前，給它們清0來規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)。

2.8 SVE, SIMD and floating-point registers

SVE、SIMD 和浮點(diǎn)寄存器不得用于向任何 SMC/HVC 傳遞參數(shù)或接受參數(shù)。

SMCCC 實(shí)現(xiàn)必須確保所有 SVE、Advanced SIMD、floating-point registers的實(shí)時狀態(tài)，在所有 SMC 和 HVC 調(diào)用中保留。要保留的實(shí)時狀態(tài)存在于以下寄存器中：

Z0-Z31、P0-P15、FFR、FPSR 和 FPCR，如果實(shí)現(xiàn)了 SVE 且 FID[16] 為 0
V0-V31、FPSR 和 FPCR，如果未實(shí)現(xiàn)SVE 或 FID[16] 為 1

2.9 SMC and HVC immediate value

SMC 和 HVC 指令編碼一個立即值(如 smc #0)，它必需是0。非0的smc調(diào)用是reserved的，非0的hyc調(diào)用是給hypervisor vendor用的。以下為arm官方的描述：

For all compliant calls, an SMC or HVC immediate value of zero must be used.
Nonzero immediate values in SMC instructions are reserved.
Nonzero immediate values in HVC instructions are designated for use by hypervisor vendors

2.10 Client ID (optional)

這是為 Secure 軟件提供了跟蹤和索引客戶端 ID 的規(guī)定

2.10.1 SMC calls

如果一個實(shí)現(xiàn)包括在 EL2 執(zhí)行的管理程序或類似的監(jiān)控軟件，它可能是需要識別發(fā)起 SMC 調(diào)用的客戶端操作系統(tǒng)。

一個 16 位客戶端 ID 參數(shù)可選地為 SMC定義。
在AArch32 中，客戶端ID 在R7 寄存器中傳遞。
在AArch64 中，客戶端ID 在W7 寄存器中傳遞。
客戶端 ID 0x0000 指定用于來自管理程序本身的 SMC 調(diào)用。

客戶端 ID 應(yīng)在虛擬機(jī)管理程序中創(chuàng)建并用于注冊、引用和取消注冊客戶端操作系統(tǒng)到可信操作系統(tǒng)。它不應(yīng)與 MMU 使用的 VMID 對應(yīng)。如果實(shí)現(xiàn)了客戶端 ID，則在 EL1 處執(zhí)行的軟件生成的所有 SMC 調(diào)用必須由管理程序。在轉(zhuǎn)發(fā)任何 SMC 之前，必須將標(biāo)識信息插入到 R7 或 W7 寄存器中調(diào)用安全監(jiān)視器。
如果未實(shí)施虛擬機(jī)管理程序，則不需要來賓操作系統(tǒng)設(shè)置客戶端 ID 值

2.10.2 HVC calls

HVC 調(diào)用約定會忽略客戶端 ID

2.11 Secure OS ID (optional)

在 S-EL1 存在多個安全操作系統(tǒng)的情況下，調(diào)用者必須指定其安全操作系統(tǒng)，其目的在于;

可以為SMC 調(diào)用定義一個可選的16 位安全操作系統(tǒng)ID 參數(shù)。
在AArch32 中，安全操作系統(tǒng)ID 在R7 寄存器中傳遞。
在AArch64 狀態(tài)下，安全操作系統(tǒng)ID 在W7 寄存器中傳遞。

2.12 Session ID (optional)

要在受信任的操作系統(tǒng)或管理程序中支持多個會話，可能需要識別多個相同 SMC 或 HVC 調(diào)用的實(shí)例:

可以為SMC 和HVC 呼叫定義一個可選的32 位會話ID。
在AArch32 中，會話ID 在R6 寄存器中傳遞
在AArch64 中，會話ID 在W6 寄存器中傳遞

會話 ID 預(yù)計(jì)由受信任的操作系統(tǒng)或管理程序提供，并由其客戶端使用后續(xù)調(diào)用

3 AArch64 SMC and HVC calling conventions

本規(guī)范定義了用于 SMC 和 HVC 指令的通用調(diào)用機(jī)制。這些調(diào)用機(jī)制被稱為 SMC32/HVC32 和 SMC64/HVC64。對于 Arm AArch64：

所有可信任的操作系統(tǒng)和安全監(jiān)視器的實(shí)現(xiàn)都必須符合此規(guī)范。
所有hypervisor程序必須符合安全和管理程序服務(wù)的調(diào)用規(guī)范。

總結(jié)

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