思澈科技软件开发工具包  2.20
安全引导加载

butterfli的片上ROM包含一个安全引导加载 （bootloader），其特性有:

  • UART下载
  • 使用AES加密传输image文件，Flash上可保存加密image，由硬件实时解密执行，也支持明文image
  • 加密保存image密钥，即使复制了加密image，也无法在一颗不同的butterfli芯片上执行
  • 使用RSA数字签名验证image文件完整性，防止下载非法的image文件
  • PingPong下载
  • 安装Patch，修改Flash驱动

密钥

bootloader使用的密钥有:

  • rootkey: 保存于efuse的不可读区域，用于加密image密钥
  • image密钥: image加解密使用的密钥，经rootkey加密后保存于Flash
  • 数字签名RSA公钥: 用于解密验证image身份和完整性
  • UID: 芯片ID，保存于efuse的可读区域，作为nonce参数加密image密钥

image的加密下载过程:

  1. 将rootkey、数字签名公钥的hash和UID写入efuse （只需一次）
  2. 下载Flash配置表和数字签名公钥到Flash （只需一次）
  3. 使用image密钥对image进行加密，使用SHA256计算加密后数据的hash，使用数字签名私钥加密hash得到数字签名， image header（使用rootkey加密，包含image密钥等信息）、加密image和数字签名三者打包生成最终的加密image
  4. 传输加密image，bootloader从image header中提取image密钥对image进行解密，接收完成后比对数字签名确认来源并验证完整性，若合法则下载成功

启动模式

可以通过bootmode跳线设置bootloader的启动模式，若跳线接0，则为正常启动，bootloader读取flash判断是否可以引导用户程序，若跳线接1，则进入下载模式，等待PC发送下载命令， 在正常启动模式如果发现flash上没有有效的用户image，则自动进入下载模式

Memory规划

默认的Flash地址空间规划
名称 起始地址 结束地址 大小(字节) 描述
Flash配置表 0x10000000 0x10004FFF 20*1024
校准表 0x10005000 0x10006FFF 8*1024
保留 0x10007000 0x1000FFFF 36*1024
bootrom patch 0x10010000 0x1001FFFF 64*1024
User Code 0x10020000

其中Flash配置表的位置和格式不可修改，其他表项的地址和大小由Flash配置表指定

Flash配置表格式
名称 起始偏移 结束偏移 大小(字节) 描述
MAGIC 0x00000000 0x00000003 4 0x53454346
Flash分区表 0x00000004 0x00000103 16*16 16个分区
数字签名公钥 0x00000104 0x00000229 294 DER格式的RSA公钥
保留 0x0000022A 0x00000FFF 3542
image描述表 0x00001000 0x00002BFF 14*512 14个image描述条目，
image索引表 0x00002C00 0x00002C0F 4*4 指向激活（当前运行 ）的image描述表条目

Flash分区表由16个分区信息组成，每个分区信息指定分区的起始地址和大小

分区表
索引 名称 描述
0 Flash分区表
1 校准表
2 LCPU image Ping区
3 BCPU image Ping区
4 HCPU image Ping区
5 Flash Boot patch区
6 LCPU image Pong区
7 BCPU image Pong区
8 HCPU image Pong区
9 RAM Boot patch区
10 HCPU image扩展区1
11 HCPU image扩展区2
12 LCPU image扩展区1
13 LCPU image扩展区2
14 保留
15 保留
分区信息格式
名称 大小(字节) 描述
分区起始地址 4 分区的起始地址
分区大小 4 分区大小
分区执行地址 4 对于image分区，指定该分区的执行地址
标志 4 未使用

下表为默认的Flash配置表，struct sec_configuration是Flash配置表的数据结构名

const struct sec_configuration sec_config =
{
.magic = SEC_CONFIG_MAGIC,
.ftab[0] = {.base = 0x10000000, .size = 20*1024, .xip_base = 0, .flags = 0},
.ftab[1] = {.base = 0x10005000, .size = 8*1024, .xip_base = 0, .flags = 0},
.ftab[4] = {.base = 0x10020000, .size = 0x80000, .xip_base = 0x10020000, .flags = 0},
.ftab[5] = {.base = 0x10010000, .size = 64*1024, .xip_base = 0x10010000, .flags = 0},
.ftab[8] = {.base = 0x10020000, .size = 0x80000, .xip_base = 0x10020000, .flags = 0},
.ftab[9] = {.base = 0x20050000, .size = 64*1024, .xip_base = 0x20050000, .flags = 0},
.imgs[0] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //LCPU ping
.imgs[1] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //BCPU ping
.imgs[2] = {.length = 0x80000, .blksize = 512, .flags = DFU_FLAG_AUTO}, //HCPU ping
.imgs[3] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //Flash boot patch
.imgs[4] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //LCPU pong
.imgs[5] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //BCPU pong
.imgs[6] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //HCPU pong
.imgs[7] = {.length = 0xFFFFFFFF}, //RAM boot patch
.imgs[8] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.imgs[9] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.imgs[10] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.imgs[11] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.imgs[12] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.imgs[13] = {.length = 0xFFFFFFFF},
.running_imgs[0] = (struct image_header_enc *)0xFFFFFFFF,
.running_imgs[1] = (struct image_header_enc *)0xFFFFFFFF,
.running_imgs[2] = (struct image_header_enc *) &sec_config.imgs[2],
.running_imgs[3] = (struct image_header_enc *)0xFFFFFFFF,
};

Bootrom使用下表所示的RAM地址空间，当使用bootrom引导用户程序在RAM中执行时，需要避免地址空间冲突

bootloader RAM地址空间
名称 起始地址 结束地址 大小(字节) 描述
DATA 0x20040000 0x2004FFFF 64*1024 Bootrom数据
PATCH CODE 0x20050000 0x2005FFFF 64*1024 Patch代码
PATCH DATA 0x20060000 0x2006FFFF 64*1024 Patch数据

加密image的生成与下载

不使用bootloader下载

使用JTAG下载SDK提供的默认Flash配置表到0x10000000地址，再下载未加密的用户image到地址0x10020000，复位后bootloader即可引导用户image运行，用户image使用0x10020000地址编译

使用bootloader下载

相关工具在$sdk_root/tools/secureboot下，bootloader使用芯片的UART4作为下载串口

生成密钥

执行脚本genkeys.bat生成UID、rootkey、数字签名密钥和公钥hash，

genkeys.bat sifli01

sifli01为生成密钥的路径，运行后会生成如下几个文件

名称 描述
s01.bin rootkey
uid.bin rootkey
sig_hash.bin 数字签名公钥hash
sig_pri.pem 数字签名私钥
sig_pub.pem 数字签名公钥
sig_pub.der DER格式的数字签名公钥

烧写密钥

将密钥烧写到efuse中只能执行一次，烧写后无法再修改efuse中的密钥

  1. 将butterfli的bootmode跳线设为下载模式
  2. 复位后进入bootloader下载模式
  3. 运行脚本program_efuse.bat烧写密钥，第一个参数为密钥所在路径，第二个参数为串口号
    program_efuse.bat sifli01/ COM3
  4. 复位芯片，使得密钥被正确加载

下载Flash配置表

  1. 进入bootloader下载模式
  2. 运行脚本factory_flash_default.bat下载flash配置表(ftab\ftab_flash_default.json)和数字签名公钥，第一个参数为密钥所在路径，第二个参数为串口号
    factory_flash_default.bat sifli01/ COM3

如果Flash配置表没有变化，更新image时不需要再次下载

生成image

加密image

运行gen_sec_img.bat，第一个参数为密钥所在路径，第二个参数为待加密的image路径，生成的加密image名为image_sec.bin

gen_sec_img.bat sifli01/ example.bin

明文image

运行gen_plain_img.bat，第一个参数为密钥所在路径，第二个参数为待加密的image路径，生成的加密image名为image_plain.bin

gen_plain_img.bat sifli01/ example.bin

下载image

加密image

运行download_sec_image.bat， 指定的port为bootloader所使用的串口

download_sec_image.bat --port=COM3

明文image

运行download_plain_image.bat，指定的port为bootloader所使用的串口

download_plain_image.bat --port=COM3