Trusted Firmware-A移植
Trusted Firmware-A简介
嵌入式高速发展的今天，大量的嵌入式设备使用了Arm为核心的芯片。我们会接触到越来越多的嵌入式设备，一个问题油然而生：数量如此巨大的嵌入式设备的安全性如何？目前针对嵌入式安全的技术和标准可谓千姿百态，除了必要的硬件安全技术，与之配套的安全软件也是必不可少的一部分。今天我们要介绍的是基于Arm 的可信固件Trusted Firmware-A，简称TF-A。它是一个开源软件，运行在一个硬件隔离的安全环境中并提供安全服务。
实验目的
完成TF-A的基本功能实现TF-A引导u-boot启动。
实验平台
华清远见开发环境，FS-MP1A平台
实验步骤
本实验基于tf-a-stm32mp-2.2版本，然后添加意法半导体提供的补丁文件。在意法半导体官方的tf-a中移植我们自己的tf-a。
导入源码
如果之前已经建立了源码目录，并且导入了源码包，即可跳过本小节。
建立源码目录
linux@ubuntu:$ cd ~
linux@ubuntu:$ mkdir FS-MP1A
将【华清远见-FS-MP1A开发资料\02-程序源码\04-Linux系统移植\01-官方源码】下的
en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz压缩包，导入到ubuntu下的${HOME}/FS-MP1A目录下。
解压缩源码包
linux@ubuntu:$ tar xvf en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz
解压完成后得到“
stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24”目录
进入tf-a目录下
linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0
该目录下以patch结尾的文件为ST官方提供的补丁文件；
tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0.tar.gz为标准tf-a源码包。
解压标准tf-a源码包
linux@ubuntu:$ tar -xvf tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0.tar.gz
解压完成后得到tf-a-stm32mp-2.2.r1目录
进入tf-a源码目录下：
linux@ubuntu:$ cd tf-a-stm32mp-2.2.r1
将ST官方补丁文件打到tf-a源码中：
linux@ubuntu:$ for p in `ls -1 ../*.patch`; do patch -p1 < $p; done
TF卡分区
要对TF卡进行烧录，需要先将TF接入到ubuntu系统中。
查看TF卡分区
linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*
由上图所示只有“/dev/sdb1”一个分区则需要重新进行分区。
首先删除原有分区
linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos
如果显示如下内容，则表示设备已经被挂载，需要卸载掉设备再删除分区。
卸载设备
linux@ubuntu:$ umount /dev/sdb1
卸载完成后重新执行删除分区命令
linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos
对tf进行重新分区
linux@ubuntu:$ sudo sgdisk --resize-table=128 -a 1 -n 1:34:545 -c 1:fsbl1 -n 2:546:1057 -c 2:fsbl2 -n 3:1058:5153 -c 3:ssbl -n 4:5154:136225 -c 4:bootfs -n 5:136226 -c 5:rootfs -A 4:set:2 -p /dev/sdb -g
注意：最后-p /dev/sdb参数中的/dev/sdb需要按照实际ubuntu中的tf节点为准，否则可能发生不可预料的后果。
建立自己的平台
- 配置工具链
导入交叉编译工具链（如果还未安装SDK可参考《SDK工具链安装》章节进行安装）
linux@ubuntu:$ source /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi
验证开发工具是否安装正确，显示版本信息如下图所示。
linux@ubuntu:$ $CC --version
- 增加板级相关文件
进入到tf-a源码目录
linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0/tf-a-stm32mp-2.2.r1
添加设备树文件
linux@ubuntu:$ cp fdts/stm32mp15xx-dkx.dtsi fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi
linux@ubuntu:$ cp fdts/stm32mp157a-dk1.dts fdts/stm32mp157a-fsmp1a.dts
修改上层目录下的Makefile.sdk编译脚本在TFA_DEVICETREE配置项中添加stm32mp157a-fsmp1a
TFA_DEVICETREE ?= stm32mp157a-fsmp1a stm32mp157a-dk1 stm32mp157d-dk1 stm32mp157c-dk2 stm32mp157f-dk2 stm32mp157c-ed1 stm32mp157f-ed1 stm32mp157a-ev1 stm32mp157c-ev1 stm32mp157d-ev1 stm32mp157f-ev1
修改
fdts/stm32mp157a-fsmp1a.dts将
#include "stm32mp15xx-dkx.dtsi"
修改为
#include "stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi"
- 编译源码
执行如下指令编译trusted：
linux@ubuntu:$ make -f $PWD/../Makefile.sdk TFA_DEVICETREE=stm32mp157a-fsmp1a TF_A_CONFIG=trusted ELF_DEBUG_ENABLE='1' all
编译成功后，最后显示内容(部分截图)如下：
编译完成后会在上级build/trusted目录得到如下文件：
linux@ubuntu:$ ls ../ build/trusted
linux@ubuntu:$ cd ../ build/trusted
- 固件烧写
由于在移植过程中会多次烧写固件并且会导致正常tf-a无法启动，因此推荐使用TF卡启动的方式来验证。
tf-a需要使用trusted 格式的u-boot镜像启动，具体的编译方法可参考《U-boot移植》章节中的“生成Trusted镜像”小节。
将TF接入ubuntu系统后，查看TF卡分区
linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*
/dev/sdb为TF卡设备。如果该设备下只有/dev/sdb1一个分区则重新分区。
执行如下指令烧写u-boot：
linux@ubuntu:$ sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb1 conv=fdatasync
linux@ubuntu:$ sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb2 conv=fdatasync
linux@ubuntu:$ sudo dd if=u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb3 conv=fdatasync
其中前两条命令“
tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32”为本章节编译得到的，第三条命令中的“u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32”则为《U-boot移植》章节中的“生成Trusted镜像”小节得到。
- 启动开发板
将拨码开关设置为SD卡启动方式：
| Boot mode |
BOOT2 |
BOOT1 |
BOOT0 |
| Engineering boot |
1 |
0 |
0 |
| Forced USB bootfor flashing |
0 |
0 |
0 |
| eMMC |
0 |
1 |
0 |
| SDCARD |
1 |
0 |
1 |
将制作好的TF卡插入开发板，上电后会出现如下错误提示：
这个错误产生的原因是电源初始化错误，需重新调整电源相关配置
调整设备树电源配置
由于官方参考板DK1采用电源管理芯片做电源管理，而FS-MP1A采用分离电路作为电源管理，本例需要将文件中原有电源管理芯片相关内容去掉，增加上固定电源相关内容
- 去掉原有电源管理内容
DK1参考板电源管理芯片挂在I2C4上，而FS-MP1A并未使用I2C4总线，所以直接将I2C4相关内容完全删除即可。
修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件
将文件中i2c4节点相关内容整体删除，删除内容如下：
&i2c4 {
pinctrl-names = "default", "sleep";
pinctrl-0 = <&i2c4_pins_a>;
pinctrl-1 = <&i2c4_pins_sleep_a>;
i2c-scl-rising-time-ns = <185>;
i2c-scl-falling-time-ns = <20>;
clock-frequency = <400000>;
status = " okay";
secure-status = "okay";
/*内容太长此处省略*/
watchdog {
compatible = "st,stpmic1-wdt";
status = "disabled";
};
};
};
修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件，删除如下内容：
&cpu0{
cpu-supply = <&vddcore>;
};
&cpu1{
cpu-supply = <&vddcore>;
};
- 添加固定电源配置
修改fdts/：文件
固定电源配置通常添加在根节点下，在根节点末尾位置添加如下内容(红色字体为需要添加的内容)：
vin: vin {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "vin";
regulator-min-microvolt = <5000000>;
regulator-max-microvolt = <5000000>;
regulator-always-on;
};
v3v3: regulator-3p3v {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "v3v3";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
v1v8_audio: regulator-v1v8-audio {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "v1v8_audio";
regulator-min-microvolt = <1800000>;
regulator-max-microvolt = <1800000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
v3v3_hdmi: regulator-v3v3-hdmi {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "v3v3_hdmi";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
v1v2_hdmi: regulator-v1v2-hdmi {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "v1v2_hdmi";
regulator-min-microvolt = <1200000>;
regulator-max-microvolt = <1200000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
vdd: regulator-vdd {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "vdd";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
vdd_usb: regulator-vdd-usb {
compatible = "regulator-fixed";
regulator-name = "vdd_usb";
regulator-min-microvolt = <3300000>;
regulator-max-microvolt = <3300000>;
regulator-always-on;
regulator-boot-on;
};
};
- 重新编译源码
linux@ubuntu:$ make -f $PWD/../Makefile.sdk TFA_DEVICETREE=stm32mp157a-fsmp1a TF_A_CONFIG=trusted ELF_DEBUG_ENABLE='1' all
- 烧写后启动
重新烧写后启动现象如下：
可以看到现在已经可以启动到u-boot了
eMMC移植
参考原理图可知eMMC使用的是SDMMC2总线，当前所使用的设备树文件中没有SDMMC2的支持，所以需要增加相关内容才能正常驱动eMMC。
由于在使STM32MP1芯片很多管脚为多功能复用管脚，且很多管脚具备同样的功能，所以移植eMMC时需要确认硬件设计是使用的是那些管脚，根据原理图确认后管脚对应关系为：
| 原理图网络编号 |
对应管脚 |
管脚功能 |
管脚功能码 |
| SD2_DATA0 |
PB14 |
SDMMC2_D0 |
AF9 |
| SD2_DATA1 |
PB15 |
SDMMC2_D1 |
AF9 |
| SD2_DATA2 |
PB3 |
SDMMC2_D2 |
AF9 |
| SD2_DATA3 |
PB4 |
SDMMC2_D3 |
AF9 |
| SD2_DATA4 |
PA8 |
SDMMC2_D4 |
AF9 |
| SD2_DATA5 |
PA9 |
SDMMC2_D5 |
AF10 |
| SD2_DATA6 |
PE5 |
SDMMC2_D6 |
AF9 |
| SD2_DATA7 |
PD3 |
SDMMC2_D7 |
AF9 |
| SD2_CLK |
PE3 |
SDMMC2_CK |
AF9 |
| SD2_CMD |
PG6 |
SDMMC2_CMD |
AF10 |
- 管脚定义
在u-boot中STM32MP1默认管脚定义在文件
arch/arm/dts/stm32mp15-pinctrl.dtsi中，查看文件中是否有需要的管脚定义：
查看后确认有SDMMC2的管脚定义，且与FS-MP1A硬件使用情况一致，定义如下：
sdmmc2_b4_pins_a: sdmmc2-b4-0 {
pins1 {
pinmux = <STM32_PINMUX('B', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */
<STM32_PINMUX('B', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */
<STM32_PINMUX('B', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */
<STM32_PINMUX('B', 4, AF9)>, /* SDMMC2_D3 */
<STM32_PINMUX('G', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */
slew-rate = <1>;
drive-push-pull;
bias-pull-up;
};
pins2 {
pinmux = <STM32_PINMUX('E', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */
slew-rate = <2>;
drive-push-pull;
bias-pull-up;
};
};
- 增加SDMMC2节点信息
修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi增加SDMMC2的信息
在原有sdmmc1节点下增加sdmmc2的内容，添加内容可参考
arch/arm/dts/stm32mp15xx-edx.dtsi中sdmmc2的写法，内容如下：
&sdmmc2 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&sdmmc2_b4_pins_a &sdmmc2_d47_pins_a>;
non-removable;
st,neg-edge;
bus-width = <8>;
vmmc-supply = <&v3v3>;
vqmmc-supply = <&v3v3>;
status = "okay";
};
- 测试
重新编译烧写后可以通过ums或者scp的方式更新eMMC中的u-boot即可。具体可参考《通过linux更新eMMC中的u-boot》章节。