EDM安全訪問(wèn)機(jī)制應(yīng)用方案
EDM安全存取是AndesCoreTM內(nèi)建的功能(option)，應(yīng)用在安全存取的控管。EDM安全存取有二種的控管方式：debug access indication和EDM access restriction.第一種控管方式(debug access indication)提供了一個(gè)sideband signal用于指示從調(diào)試器(Debug host)的請(qǐng)求。第二種控管方式， 控制AndesCoreTM的input port(edm_restrict_access )達(dá)到EDM存取的限制。更詳細(xì)的內(nèi)容在后續(xù)章節(jié)會(huì)有更深入的介紹。
1.EDM功能介紹
一個(gè)debug system包含一個(gè)debug host和一個(gè)target system.EDM主要的功能就是translate debug host發(fā)出的TAP指令來(lái)存取系統(tǒng)memory或是CPU.下圖為基本的debug系統(tǒng)方塊圖。
圖表1 基本的debug系統(tǒng)方塊圖
下圖說(shuō)明TAP 指令的種類
圖表2 TAP 指令的種類
2.控制EDM存取的限制
使用EDM的訪問(wèn)方式會(huì)被一個(gè)sideband signal (edm_restrict_access) 所影響。當(dāng)這個(gè)signal值是high,僅僅只能對(duì)EDM MISC registers做讀取的動(dòng)作。而想要存取CPU/System Bus/Local Memory的動(dòng)作將會(huì)被封鎖住并且會(huì)得到下面的結(jié)果：
讀為零寫忽略
不正確的JTAG instruction(JTAG ICE debugger會(huì)timeout)
下圖說(shuō)明EDM限制存取方塊圖。
圖表3 EDM限制存取方塊圖
在啟用存取限制功能后，下圖說(shuō)明出每個(gè)TAP指令的行為。
圖表4 在啟用存取限制功能后，下圖說(shuō)明出每個(gè)TAP指令的行為
如何實(shí)現(xiàn)EDM存取限制，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有很多種實(shí)現(xiàn)方法，以控制edm restrict access的signal.兩種基本的設(shè)計(jì)方案說(shuō)明如下：
eFUSE方式使用Chip重新編程管理控制
SOC方式使用軟件管理控制
hardware實(shí)現(xiàn)控制edm_restrict_access的示意圖如下：
圖表5 hardware實(shí)現(xiàn)控制edm_restrict_access的示意圖
software實(shí)現(xiàn)控制edm_restrict_access的例子如下：
sethi $r2,#0x80000
ori $r2,$r2,#0x8c
sethi $r3,#0x04030
ori $r3,$r3,#0x201
swi $r3,[$r2+#0]
3.EDM 存取指示
AndesCoreTM增加一個(gè)額外的sideband signal,xdebug_access(active-high)，根據(jù)此sideband signal來(lái)決定request的host是否為EDM.而device就能根據(jù)此sideband signal決定是否要把request的data內(nèi)容傳回到host.
sideband signal的名稱根據(jù)bus interface的類型而有所不同。對(duì)于AndesCoreTM處理器，基本的信號(hào)名稱如下所示：
AHB/AHB-Lite => hdebug_access
APB => pdebug_access
EILM => eilm_debug_access
EDLM => edlm_debug_access
3.1.debug存取識(shí)別信號(hào)控制
當(dāng)debug exception發(fā)生后，CPU將進(jìn)入debug mode.然后CPU將會(huì)留在debug access mode直到CPU執(zhí)行到IRET instruction并且trusted_debug_exit 是處于high后CPU將離開debug access mode,反之trusted_debug_exit如果是low,CPU將會(huì)保留在debug access mode.
實(shí)現(xiàn)控制trusted_debug_exit信號(hào)，有二種可供選擇的方式如下：
trusted_debug_exit信號(hào)總是給high
增加一個(gè)權(quán)限管理邏輯去控制trusted_debug_exit信號(hào)是high或是low權(quán)限管理邏輯方塊圖如下所示：
圖表6 權(quán)限管理邏輯方塊圖
如何控制trusted_debug_exit信號(hào)時(shí)序圖如下所示：
圖表7 如何控制trusted_debug_exit信號(hào)時(shí)序圖
如下例子說(shuō)明了如何產(chǎn)生trusted_debug_exit控制信號(hào)的verilog code:
The code example (Verilog) of trusted_debug_exit generation is described below:
//
//--- Utilize passcode to generate trusted_debug_exit in AHB Bus Controller
//* assume zero-wait-state AHB access
…
parameter AUTH_CODE = 32‘h0a0b0c0d;
…
always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin
if (!hreset_n) begin
passcode_reg <= 32‘d0;
end
else if (passcode_wen) begin //debugger enters passcode through debug access
passcode_reg <= hwdata[31:0];
end
end
…
//validate passcode to generate trusted_debug_exit
assign trusted_debug_exit = (passcode_reg == AUTH_CODE);
3.2.debug存取指示應(yīng)用
下圖說(shuō)明AHB bus如何使用hdebug_access和驗(yàn)證邏輯來(lái)防止惡意的debug存取
圖表8 AHB bus如何使用hdebug_access和驗(yàn)證邏輯來(lái)防止惡意的debug存取
如下verilog code說(shuō)明了如何使用hdebug_access信號(hào)：
//--- Use hdebug_access to prevent malicious debug access in AHB Bus Controller
//* assume zero-wait-state AHB access
…
parameter IRRELEVANT_DATA = 32‘hcafe0001;
parameter AUTH_CODE = 32‘h01020304;
…
always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin
if (!hreset_n) begin
dbg_acc_d1 <= 1‘b0;
end
else begin // data phase indication of debug access
dbg_acc_d1 <= hdebug_access;
end
end
…
always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin
if (!hreset_n) begin
passcode_reg <= 32‘d0;
end
else if (passcode_wen) begin //debugger enters passcode through debug access
passcode_reg <= hwdata[31:0];
end
end
…
//validate passcode to check authentication
assign auth_check_fail = (passcode_reg != AUTH_CODE);
//return irrelevant data if the authentication check of debug access fails
assign hrdata_out = {32{data_read_en}} &
((dbg_acc_d1 & auth_check_fail) IRRELEVANT_DATA : normal_data_out);
4.實(shí)際的應(yīng)用
用戶經(jīng)由上面的介紹完成了權(quán)限管理邏輯后，并且掛在AndesCoreTMAHB bus上，再經(jīng)由仿真器(Cadence)仿真此權(quán)限管理邏輯的行為，如下面幾張圖所示：
edm_restrict_access信號(hào)控制
下圖說(shuō)明由sw code把edm_restrict_access signal disable
圖表9 由sw code把edm_restrict_access signal disable
trusted_debug_exit信號(hào)控制
圖表10 經(jīng)由debug access把trusted_debug_exit signal設(shè)定成high
debug_access信號(hào)
下圖說(shuō)明經(jīng)由debug host來(lái)做存取時(shí)，debug_access signal會(huì)從low變成high
圖表11 經(jīng)由debug host來(lái)做存取時(shí)，debug_access signal會(huì)從low變成high
下圖說(shuō)明經(jīng)由執(zhí)行IRTE instruction時(shí)，debug_access signal會(huì)從high變成low
圖表12 經(jīng)由執(zhí)行IRTE instruction時(shí)，debug_access signal會(huì)從high變成low
5. 結(jié)語(yǔ)
EDM安全存取是AndesCoreTM保護(hù)周邊裝置內(nèi)容不被竊取的功能，也因?yàn)樵絹?lái)越多客戶使用到此功能，所以撰寫此技術(shù)文章讓客戶更能進(jìn)一步了解到此功能的用途，讓客戶能夠很快速的上手，并且使用EDM安全存取是一件愉快與簡(jiǎn)單的工作。
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