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[待整理] EDM安全访问机制应用方案

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楼主
发表于 2014-10-10 07:40:53 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    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。
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