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ARM64 Trust Firmware [一]

article 2025/2/21 9:00:34

ARMv8 启动流程：

在《RK3568上电启动流程 [十五]》中，简单介绍了 RK3568 的上电启动过程，本篇再详细分解其启动流程。

在 ARMv8 架构中，启动流程包含多个阶段，这些阶段被称为 BL （bootloader） 阶段：

  • BL1：第一阶段启动固件，在 RK3568 中位于 BootRom 中，负责引导 BL2 并对其进行安全验证；
  • BL2：第二阶段启动固件，在 RK3568 中位于 Flash 中（比如 eMMC），负责平台相关的初始化，比如 DRAM 的初始化，并负责加载 BL31 并执行 BL31，在 RK3568 中就是我们的 miniloader.bin；
  • BL31：也就是 trust Runtime firmware，BL31 是持久存在的可信固件，负责系统安全服务和在安全非非安全世界之间切换；
  • BL32：包含 TEE OS 和安全应用 TAs，运行在 EL1，启动 EL0 的安全应用，完成后返回 BL31；
  • BL33：非安全世界的启动固件，通常就是 U-Boot 或者直接启动 Linux 内核；

在 RK3568 中其启动全流程的输出如下：

在支持 ATF 的 ARMv8 中完整的镜像跳转流程如下：

ATF 编译和 uboot image 打包：

为了学习 ATMv8 Trust Firmware，最好的方法就是将开源的 ATF 编译，并在 RK3568 上跑起来，通过打印，调试去理解其工作机制。但是Upstream ARM Trusted Firmware 是不支持 RK3568 的，Rockchip 只提供了官方的 trust bin 文件（ATF - Rockchip open source Document）。但是最后发现在arm-trusted-firmware 的v2.12 版本中还是存在 RK3568 的 Platform，因此用 v2.12 来编译生成 bl31.elf，并将其打包进 uboot.img 中（后来发现该 bl31.elf 会导致 Linux 在初始化 SCMI 时失败，但是先不管了，至少我们可以有源码，并且能够编译和实现初步的运行）。

ATF 的编译：

git clone https://github.com/ARM-software/arm-trusted-firmware.git

cd arm-trusted-firmware
git checkout v2.12.0
make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- PLAT=rk3568

将编译生成的 bl31.elf 拷贝到 u-boot 目录下。

uboot 使用 FIT Image 格式，所以我们需要先生成 u-boot.its，再使用 mkimage 工具根据 u-boot.its 文件做成 uboot.itb

uboot.its 如下：这里我将 OPTEE 的分支删除了，因为我们目前不需要研究 TEE OS。

/*
 * Copyright (C) 2020 Rockchip Electronic Co.,Ltd
 *
 * Simple U-boot fit source file containing ATF/OP-TEE/U-Boot/dtb/MCU
 */

/dts-v1/;

/ {
        description = "CXJ FIT Image with ATF/OP-TEE/U-Boot/MCU";
        #address-cells = <1>;

        images {
            uboot {
                description = "U-Boot";
                data = /incbin/("u-boot-nodtb.bin.gz");
                type = "standalone";
                arch = "arm64";
                os = "U-Boot";
                compression = "gzip";
                load = <0x00a00000>;
                digest {
                    value = /incbin/("./u-boot-nodtb.bin.digest");
                    algo = "sha256";
                };
                hash {
                    algo = "sha256";
                };
            };
            atf-1 {
                description = "ARM Trusted Firmware";
                data = /incbin/("./bl31_0x00040000.bin.gz");
                type = "firmware";
                arch = "arm64";
                os = "arm-trusted-firmware";
                compression = "gzip";
                load = <0x00040000>;
                hash {
                    algo = "sha256";
                };
                digest {
                    value = /incbin/("./bl31_0x00040000.bin.digest");
                    algo = "sha256";
                };
            };
            atf-2 {
                description = "ARM Trusted Firmware";
                data = /incbin/("./bl31_0xfdcd0000.bin");
                type = "firmware";
                arch = "arm64";
                os = "arm-trusted-firmware";
                compression = "none";
                load = <0xfdcd0000>;
                hash {
                        algo = "sha256";
                };
            };
            fdt {
                description = "U-Boot dtb";
                data = /incbin/("./u-boot.dtb");
                type = "flat_dt";
                arch = "arm64";
                compression = "none";
                hash {
                        algo = "sha256";
                };
            };
        };

        configurations {
            default = "conf";
            conf {
                description = "rk3568-evb";
                rollback-index = <0x0>;
                firmware = "atf-1";
                loadables = "uboot", "atf-2";

                fdt = "fdt";
                signature {
                    algo = "sha256,rsa2048";

                    key-name-hint = "dev";
                    sign-images = "firmware", "loadables", "fdt";
                };
            };
        };
};

再使用 mkimage 生成 u-boot.itb：

./tools/mkimage -f u-boot.its -E uboot.itb

通过 fdtdump 我们可以看到 uboot img 包含的内容：

cuixujia.cxj@localhost:~/workspace/luban/LubanCat_SDK/u-boot$ fdtdump uboot.itb

**** fdtdump is a low-level debugging tool, not meant for general use.
**** If you want to decompile a dtb, you probably want
****     dtc -I dtb -O dts <filename>

/dts-v1/;
// magic:               0xd00dfeed
// totalsize:           0x72f (1839)
// off_dt_struct:       0x38
// off_dt_strings:      0x66c
// off_mem_rsvmap:      0x28
// version:             17
// last_comp_version:   16
// boot_cpuid_phys:     0x0
// size_dt_strings:     0xc3
// size_dt_struct:      0x634

/ {
    version = <0x00000000>;
    totalsize = <0x00095f0d>;
    timestamp = <0x67adacea>;
    description = "CXJ FIT Image with ATF/OP-TEE/U-Boot/MCU";
    #address-cells = <0x00000001>;
    ...
    ...

重新烧录uboot.itb，重启后，我们可以看到系统可以成功加载 atf，uboot：

Trying fit image at 0x4000 sector
## Verified-boot: 0
## Checking atf-1 0x00040000 (gzip @0x00240000) ... sha256(3a0e0e29a2...) + sha256(cb9e165ab3...) + OK
## Checking uboot 0x00a00000 (gzip @0x00c00000) ... sha256(69d1989cfb...) + sha256(5f44711400...) + OK
## Checking fdt 0x00b4b478 ... sha256(a474c6bb61...) + OK
## Checking atf-2 0xfdcd0000 ... sha256(e25f5f200c...) + OK
Jumping to U-Boot(0x00a00000) via ARM Trusted Firmware(0x00040000)
Total: 133.134/203.236 ms

NOTICE:  BL31: v2.12.0(release):v2.12.0
NOTICE:  BL31: Built : 10:51:56, Feb 13 2025
NOTICE:  BL31: Rockchip release version: v1.0
usb dr_mode not found
usb dr_mode not found


U-Boot 2017.09-dirty #cuixujia.cxj (Feb 13 2025 - 16:21:38 +0800)

Model: Rockchip RK3568 Evaluation Board

但是在 Linux bringup 过程中 hang 住了，由于开源 ATF 对 RK3568 支持不足，怀疑是在 SCMI 这块的支持有问题：

[    3.068424] usbcore: registered new interface driver usbfs
[    3.068510] usbcore: registered new interface driver hub
[    3.068578] usbcore: registered new device driver usb
[    3.069218] mc: Linux media interface: v0.10
[    3.069293] videodev: Linux video capture interface: v2.00
[    3.069435] pps_core: LinuxPPS API ver. 1 registered
[    3.069459] pps_core: Software ver. 5.3.6 - Copyright 2005-2007 Rodolfo Giometti <giometti@linux.it>
[    3.069501] PTP clock support registered
[    3.069575] EDAC MC: Ver: 3.0.0
[    3.070837] arm-scmi firmware:scmi: SCMI Notifications - Core Enabled.

关于 FIT Image:

FIT（Flattened image tree）UImage，FIT 和 FDT 比较类似，利用的语法都是 Device Tree Source files 语法，生成的 image 文件也和 dtb 文件基本一样。

FIT uImage 的生成流程可以概括如下：

以 u-boot.its 的 uboot 节点为例，简述一下 its 的 语法结构：

    images {

        uboot {
            description = "U-Boot";
            data = /incbin/("u-boot-nodtb.bin.gz");
            type = "standalone";
            arch = "arm64";
            os = "U-Boot";
            compression = "gzip";
            load = <0x00a00000>;
            digest {
                value = /incbin/("./u-boot-nodtb.bin.digest");
                algo = "sha256";
            };
            hash {
                algo = "sha256";
            };
        };
  • description：子镜像文本的描述，可以随便写；
  • data：包含该节点二进制文件的路径；
  • type：子镜像类型；
  • compression：压缩方法，比如 gzip，bzip2 等；
  • load：二进制文件的内存加载位置；
  • hash：镜像使用的校验算法，如 sha256，crc32 等；

http://www.kler.cn/a/546253.html

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