EDM安全访问机制应用方案

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　   EDM安全存取是AndesCore 内建的功能（option），应用在安全存取的控管。EDM安全存取有二种的控管方式：debug access indication和EDM access restriction.第一种控管方式（debug access indication）提供了一个sideband signal用于指示从调试器（Debug host）的请求。第二种控管方式， 控制AndesCore的input port（edm_restrict_access ）达到EDM存取的限制。更详细的内容在后续章节会有更深入的介绍。
         
        　　1.EDM功能介绍
        　　一个debug system包含一个debug host和一个target system.EDM主要的功能就是translate debug host发出的TAP指令来存取系统memory或是CPU.下图为基本的debug系统方块图。
         

       

        　　图表1 基本的debug系统方块图

         

        　　下图说明TAP 指令的种类

       

        　　图表2 TAP 指令的种类

         

        　　2.控制EDM存取的限制
        　　使用EDM的访问方式会被一个sideband signal （edm_restrict_access） 所影响。当这个signal值是high,仅仅只能对EDM MISC registers做读取的动作。而想要存取CPU/System Bus/Local Memory的动作将会被封锁住并且会得到下面的结果：
         
        　　读为零写忽略
        　　不正确的JTAG instruction（JTAG ICE debugger会timeout）
         
        　　下图说明EDM限制存取方块图。

       

        图表3 EDM限制存取方块图

         

        　　在启用存取限制功能后，下图说明出每个TAP指令的行为。

       

        图表4 在启用存取限制功能后，下图说明出每个TAP指令的行为

         

        　　如何实现EDM存取限制，在系统设计上有很多种实现方法，以控制edm restrict access的signal.两种基本的设计方案说明如下：
         
        　　eFUSE方式使用Chip重新编程管理控制
        　　SOC方式使用软件管理控制
         
        　　hardware实现控制edm_restrict_access的示意图如下：

       

        图表5 hardware实现控制edm_restrict_access的示意图

         

        　　software实现控制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
        　　AndesCore增加一个额外的sideband signal,xdebug_access（active-high），根据此sideband signal来决定request的host是否为EDM.而device就能根据此sideband signal决定是否要把request的data内容传回到host.
         
        　　sideband signal的名称根据bus interface的类型而有所不同。对于AndesCore处理器，基本的信号名称如下所示：
         
        　　AHB/AHB-Lite => hdebug_access
        　　APB => pdebug_access
        　　EILM => eilm_debug_access
        　　EDLM => edlm_debug_access
        　　3.1.debug存取识别信号控制
        　　当debug exception发生后，CPU将进入debug mode.然后CPU将会留在debug access mode直到CPU执行到IRET instruction并且trusted_debug_exit 是处于high后CPU将离开debug access mode,反之trusted_debug_exit如果是low,CPU将会保留在debug access mode.
         
        　　实现控制trusted_debug_exit信号，有二种可供选择的方式如下：
         
        　　trusted_debug_exit信号总是给high
         
        　　增加一个权限管理逻辑去控制trusted_debug_exit信号是high或是low权限管理逻辑方块图如下所示：

       

        图表6 权限管理逻辑方块图

         

        　　如何控制trusted_debug_exit信号时序图如下所示：

       

        图表7 如何控制trusted_debug_exit信号时序图

         

        　　如下例子说明了如何产生trusted_debug_exit控制信号的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存取指示应用
        　　下图说明AHB bus如何使用hdebug_access和验证逻辑来防止恶意的debug存取

       

        图表8 AHB bus如何使用hdebug_access和验证逻辑来防止恶意的debug存取

         

        　　如下verilog code说明了如何使用hdebug_access信号：
        　　//--- 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.实际的应用
        　　用户经由上面的介绍完成了权限管理逻辑后，并且挂在AndesCoreTMAHB bus上，再经由仿真器（Cadence）仿真此权限管理逻辑的行为，如下面几张图所示：
         
        　　edm_restrict_access信号控制
        　　下图说明由sw code把edm_restrict_access signal disable

       

        图表9 由sw code把edm_restrict_access signal disable

         

        　　trusted_debug_exit信号控制

       

        图表10 经由debug access把trusted_debug_exit signal设定成high

         

        debug_access信号
        　　下图说明经由debug host来做存取时，debug_access signal会从low变成high
         

       

        图表11 经由debug host来做存取时，debug_access signal会从low变成high

         

        　　下图说明经由执行IRTE instruction时，debug_access signal会从high变成low
         

       

        图表12 经由执行IRTE instruction时，debug_access signal会从high变成low

         

        　　5. 结语
        　　EDM安全存取是AndesCoreTM保护周边装置内容不被窃取的功能，也因为越来越多客户使用到此功能，所以撰写此技术文章让客户更能进一步了解到此功能的用途，让客户能够很快速的上手，并且使用EDM安全存取是一件愉快与简单的工作。