简谈高通Trustzone的实现

从trust zone之我见知道,支持trustzone的芯片会跑在两个世界。

普通世界、安全世界,对应高通这边是HLOS,QSEE。

如下图:

简谈高通Trustzone的实现0

如下是HLOS与QSEE的软件架构图

简谈高通Trustzone的实现1

HLOS这两分为kernel层,user层。user层的通过qseecom提供的API起动trustzone那边的app。

qseecom driver 除了提供API,还调用scm函数做世界切换。

scm driver 那边接到qseecom的调用后,会把HLOS相关数据(包括指令参数)放入指它buffer,然后执行scm调用。

qsapp通过qsee提供的api接受来自HLOS那边的请求,并把执行结果返回HLOS。

qsee除了提供API,还与从monitor把来自HLOS的数据传给qsapp,然后把qsapp的数据返回给HLOS。

monitor就不用说了,切换世界用的,还处理shared buffer的内容。

是大概的架构图,细节比较复杂,没有开元。

下面通过一个简单的qseecom_security_test代码来说明整个调用流程。

如下图:

简谈高通Trustzone的实现2

qseecom_security_test.c

int main( int argc, char *argv[] )
{
....

  /* Initialize the global/statics to zero */
  memset( g_qseeCommHandles, 0, sizeof(g_qseeCommHandles) );
  memset( g_xors, 0, sizeof(g_xors) );

先初始化全局变量g_qseeCommHandles

for( j = 0; j < NUM_CLIENTS; j++ ) {
      /* Initialize the barriers to ensure that commands aren't sent before the listeners
       * have been started.  Otherwise, errors will be generated.
       */
      ret = sem_init( &barrier[j], 0, 0 );//初始化一个信号量
      if( ret ) {
        LOGD( "barrier init failed %i, %i", ret, errno );
        g_err = -1;
        break;
      }

      ret = pthread_create( &threads[j], NULL, &test_thread, (void*)j );//创建test_thread线程
    }

初始化一个barrier信号变量,用于线程创建时的同步然后调用pthread_create()函数创建test_thread线程,该线程将会起动QSApp。

void *test_thread( void* threadid )
{
  ...
  do {
.....
    LOGD( "T%#X: Starting QSApp...", (uint32_t)threadid );
    ret = QSEECom_start_app( &g_qseeCommHandles[tid][0], "/firmware/image",//起动名为securitytest的QSApp
            "securitytest", sizeof(qseecom_req_res_t)*2 );
    LOGD( "T%#X: Started QSApp...", (uint32_t)threadid );
    CHECK_RETURN( ret, __LINE__ );

跟着来到test_thread线程调用QSEECom_start_app()函数起动QSApp。

这个函数在kernel实现 如下:

qseecom.c

static int qseecom_load_app(struct qseecom_dev_handle *data, void __user *argp)
{
...
/* Get the handle of the shared fd */
		ihandle = ion_import_dma_buf(qseecom.ion_clnt,
					load_img_req.ifd_data_fd);
...
/*  SCM_CALL  to load the app and get the app_id back */
		ret = scm_call(SCM_SVC_TZSCHEDULER, 1,  &load_req,
			sizeof(struct qseecom_load_app_ireq),
			&resp, sizeof(resp));

Get shared buf fd,用于与安全世界通信调用scm_call()来陷入安全世界。

scm_call()实现如下:

arch/arm/mach-msm/scm.c

int scm_call(u32 svc_id, u32 cmd_id, const void *cmd_buf, size_t cmd_len,
		void *resp_buf, size_t resp_len)
{
	...

	ret = scm_call_common(svc_id, cmd_id, cmd_buf, cmd_len, resp_buf,
				resp_len, cmd, len);
	kfree(cmd);
	return ret;
}

scm_call_common的实现如下:

static int scm_call_common(u32 svc_id, u32 cmd_id, const void *cmd_buf,
				size_t cmd_len, void *resp_buf, size_t resp_len,
				struct scm_command *scm_buf,
				size_t scm_buf_length)
{
	....

	mutex_lock(&scm_lock);
	ret = __scm_call(scm_buf);//调用
	mutex_unlock(&scm_lock);
	if (ret)
		return ret;

	rsp = scm_command_to_response(scm_buf);
	start = (unsigned long)rsp;

	do {
		scm_inv_range(start, start + sizeof(*rsp));
	} while (!rsp->is_complete);

	end = (unsigned long)scm_get_response_buffer(rsp) + resp_len;
	scm_inv_range(start, end);

	if (resp_buf)
		memcpy(resp_buf, scm_get_response_buffer(rsp), resp_len);

	return ret;
}

调用__scm_call()陷入安全世界,回来后调用scm_get_response_buffer()获取安全世界返回的信息供上面QSApp client用__scm_call实现如下:

static int __scm_call(const struct scm_command *cmd)
{
...

	ret = smc(cmd_addr);
...

	return ret;
}

smc实现如下:

static u32 smc(u32 cmd_addr)
{
	int context_id;
	register u32 r0 asm("r0") = 1;
	register u32 r1 asm("r1") = (u32)&context_id;
	register u32 r2 asm("r2") = cmd_addr;
	do {
		asm volatile(
			__asmeq("%0", "r0")
			__asmeq("%1", "r0")
			__asmeq("%2", "r1")
			__asmeq("%3", "r2")
#ifdef REQUIRES_SEC
			".arch_extension sec\n"
#endif
			"smc	#0	@ switch to secure world\n"
			: "=r" (r0)
			: "r" (r0), "r" (r1), "r" (r2)
			: "r3");
	} while (r0 == SCM_INTERRUPTED);

	return r0;
}

是一段汇编程序,好吧,安全世界的QSApp已经运行起来了,当QSApp完成相应服务后就会返回数据。这个函数就会返回。Starting QSApp已经完成,下面就注册listener,这个listener用于监听QSApp那边的请求。因为有时QSApp也需要HLOS这边做一些事。

实现如下:

void *listener_thread( void* threadid )
{
....

  do {
...
    /* Register as a listener with the QSApp */
    LOGD( "L%#X: Registering as listener with QSApp...", (uint32_t)threadid );
    ret = QSEECom_register_listener( &g_qseeCommHandles[parent_tid][tid], GET_LSTNR_SVC_ID(parent_tid, tid),
            sizeof(qseecom_req_res_t), 0 );

....

    for( ;; ) {
      /* Wait for request from the QSApp */
      ret = QSEECom_receive_req( g_qseeCommHandles[parent_tid][tid], req_res, sizeof(qseecom_req_res_t) );
      if( ret ) break;

     ....

      /* Send the response to the QSApp */
      ret = QSEECom_send_resp( g_qseeCommHandles[parent_tid][tid], req_res, sizeof(qseecom_req_res_t) );
      CHECK_RETURN( ret, __LINE__ );
    }
  } while( 0 );
...
}

这个函数比较长,简化一下,分步来看首先调用QSEECom_register_listener()函数来注册监听,告诉QSApp,我可以接收你的申请。

再次看到for循环没有,这就是一直等待QSApp那边的消息,一但有消息QSEECom_reveive_req就返回,这边处理完之后。

再调用qSEECom_send_resp()发送response给QSApp。

无论是起动QSApp,还是注册listener都是线程中执行,一但所有线程都退出后就会调用QSEECom_shutdown_app()函数停止QSApp。

整个过程执行完毕。如下:

void *test_thread( void* threadid )
{
...
if ( g_qseeCommHandles[tid][0] != NULL ) {
      QSEECom_shutdown_app( &g_qseeCommHandles[tid][0] );
    }
  } while( 0 );

  pthread_exit( NULL );
  return NULL;
}

注:QSEECom _XX开头的函数都在kernel中的qseecom.c里实现,scm系统调用,都在scm.c中实现。HLOS user层把握QSEEComAPI.h文件

HLOS kernel层把握qseecom.c 和 scm.c两文件


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hlos Asked on 2017年4月28日 in android.
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