如何應用AndesCoreTM EDM安全訪問機制
EDM安全存取是AndesCoreTM內(nèi)建的功能(option)，應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sideband signal用于指示從調(diào)試器(Debug host)的請求。第二種控管方式， 控制AndesCoreTM的input port(edm_restrict_access )達到EDM存取的限制。更詳細的內(nèi)容在后續(xù)章節(jié)會有更深入的介紹。
1.EDM功能介紹
一個debug system包含一個debug host和一個target system。EDM主要的功能就是translate debug host發(fā)出的TAP指令來存取系統(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的訪問方式會被一個sideband signal (edm_restrict_access) 所影響。當這個signal值是high，僅僅只能對EDM MISC registers做讀取的動作。而想要存取CPU/System Bus/Local Memory的動作將會被封鎖住并且會得到下面的結果：
讀為零寫忽略
不正確的JTAG instruction(JTAG ICE debugger會timeout)
下圖說明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，下圖說明出每個TAP指令的行為。
圖表4 在啟用存取限制功能后，下圖說明出每個TAP指令的行為
如何實現(xiàn)EDM存取限制，在系統(tǒng)設計上有很多種實現(xiàn)方法，以控制edm restrict access的signal。兩種基本的設計方案說明如下：
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實現(xiàn)控制edm_restrict_access的示意圖如下：
圖表5 hardware實現(xiàn)控制edm_restrict_access的示意圖
software實現(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增加一個額外的sideband signal，xdebug_access(active-high)，根據(jù)此sideband signal來決定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。對于AndesCoreTM處理器，基本的信號名稱如下所示：
AHB/AHB-Lite =》 hdebug_access
APB =》 pdebug_access
EILM =》 eilm_debug_access
EDLM =》 edlm_debug_access
3.1.debug存取識別信號控制
當debug exception發(fā)生后，CPU將進入debug mode。然后CPU將會留在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將會保留在debug access mode。
實現(xiàn)控制trusted_debug_exit信號，有二種可供選擇的方式如下：
trusted_debug_exit信號總是給high
增加一個權限管理邏輯去控制trusted_debug_exit信號是high或是low權限管理邏輯方塊圖如下所示：
圖表6 權限管理邏輯方塊圖
如何控制trusted_debug_exit信號時序圖如下所示：
圖表7 如何控制trusted_debug_exit信號時序圖
如下例子說明了如何產(chǎn)生trusted_debug_exit控制信號的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存取指示應用
下圖說明AHB bus如何使用hdebug_access和驗證邏輯來防止惡意的debug存取
圖表8 AHB bus如何使用hdebug_access和驗證邏輯來防止惡意的debug存取
如下verilog code說明了如何使用hdebug_access信號：
//--- 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. 實際的應用
用戶經(jīng)由上面的介紹完成了權限管理邏輯后，并且掛在AndesCoreTMAHB bus上，再經(jīng)由仿真器(Cadence)仿真此權限管理邏輯的行為，如下面幾張圖所示：
edm_restrict_access信號控制
下圖說明由sw code把edm_restrict_access signal disable
圖表9 由sw code把edm_restrict_access signal disable
trusted_debug_exit信號控制
圖表10 經(jīng)由debug access把trusted_debug_exit signal設定成high
debug_access信號
下圖說明經(jīng)由debug host來做存取時，debug_access signal會從low變成high
圖表11 經(jīng)由debug host來做存取時，debug_access signal會從low變成high
下圖說明經(jīng)由執(zhí)行IRTE instruction時，debug_access signal會從high變成low
圖表12 經(jīng)由執(zhí)行IRTE instruction時，debug_access signal會從high變成low
5. 結語
EDM安全存取是AndesCoreTM保護周邊裝置內(nèi)容不被竊取的功能，也因為越來越多客戶使用到此功能，所以撰寫此技術文章讓客戶更能進一步了解到此功能的用途，讓客戶能夠很快速的上手，并且使用晶心開發(fā)的EDM安全存取是一件愉快與簡單的工作。
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