I.MX 6ULL HAB 安全启动实操

IMX6ULL中的HAB

1. 简介

本文介绍了u-boot 移植到签名 u-boot 到最终实现imx6ull的安全启动。
本工程已上传到 NXP_u-boot

2. 参考资料

• i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual
• AN4581 i.MX Secure Boot on HABv4 Supported Devices
• AN12263 HABv4 RVT Guidelines and Recommendations
• Code-Signing Tool User’s Guide
• High Assurance Boot Version 4 Application Programming Interface Reference Manual

3. 构建u-boot

3.1 准备工作

• 软件：本项目克隆自nxp-qoriq/u-boot，分支为if_v2024.04。
• 硬件：基于Alientek的ALPHA I.MX开发板。
• 工具链：…/toolChain/fsl-imx-x11-glibc-x86_64-meta-toolchain-cortexa7hf-neon-toolchain-4.9.11-1.0.0.sh

3.2 构建NXP u-boot

source/opt/fsl-imx-x11/4.9.11-1.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabimakemx6ull_14x14_evk_defconfigmakeu-boot.imx

3.3 将NXP u-boot烧录到SD卡

更多细节请参考：u-boot/doc/imx/mkimage/imximage.txt.

sudoddif=u-boot.imxof=/dev/sdbbs=512seek=2

3.4 在u-boot中添加自定义板级支持

在本项目中，我们使用mx6ull_para_evk_defconfig

3.4.1 复制mx6ull_14x14_evk_defconfig为mx6ull_para_evk_defconfig

cdconfigs copy mx6ull_14x14_evk_defconfig mx6ull_para_evk_defconfig

在mx6ull_para_evk_defconfig中：

• 将CONFIG_TARGET_MX6ULL_14x14_EVK改为CONFIG_TARGET_MX6ULL_PARA_EVK
• 将CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="imx6ull-14x14-evk"改为CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE=“imx6ull-para-evk”

3.4.2 复制mx6ullevk.h为mx6ull_para_evk.h

cdinclude/configs copy mx6ullevk.h mx6ull_para_evk.h

3.4.3 创建para开发板

cdboard/freescalsecpmx6ullevk/ mx6ull_para_evk/-r

• 修改mx6ull_para_evk/imximage.cfg

• 将board/freescale/mx6ullevk/plugin.bin改为board/freescale/mx6ull_para_evk/plugin.bin

• 修改mx6ull_para_evk/Kconfig、mx6ull_para_evk/MAINTAINERS和mx6ull_para_evk/Makefile

  • 将所有"mx6ullevk"重命名为"mx6ull_para_evk"

• 将mx6ull_para_evk/mx6ullevk.c重命名为mx6ull_para_evk/mx6ull_para_evk.c

• 修改arch/arm/mach-imx/mx6/Kconfig

  • 复制TARGET_MX6ULL_14X14_EVK相关配置并在TARGET_MX6ULL_14X14_EVK下重命名为TARGET_MX6ULL_PARA_EVK
  • 在source "board/freescale/mx6ullevk/Kconfig"下添加source “board/freescale/mx6ull_para_evk/Kconfig”

3.4.5 设备树

• 复制arch/arm/dts/imx6ull-14x14-evk-emmc.dts为arch/arm/dts/imx6ull-para-evk.dts
• 修改arch/arm/dts/Makefile：为dtb-$(CONFIG_MX6ULL)添加"imx6ull-para-evk.dtb "

3.4.6 将板名从MX6ULL 14x14 EVK改为MX6ULL para EVK

• 在mx6ull_para_evk/mx6ull_para_evk.c的checkboard()函数中：
• 修改puts(“Board: MX6ULL 14x14 EVK\n”);

3.5 构建u-boot-dtb.imx

source/opt/fsl-imx-x11/4.9.11-1.0.0/environment-setup-cortexa7hf-neon-poky-linux-gnueabimakedistcleanmakemx6ull_para_evk_defconfigmakeall-j16makeu-boot.imx-j4if[!-e"./tmp"];thenmkdirtmpfirm-rftmp/*cpu-boot-dtb.imx tmpcpu-boot-dtb.imx.log tmp

4. 分析u-boot-dtb.imx和u-boot-dtb.imx.log

从步骤3开始，u-boot-dtb.imx和u-boot-dtb.imx.log在根目录中生成。构建脚本会将这两个文件复制到tmp目录。
现在让我们分析这两个文件。

4.1 分析u-boot-dtb.imx

4.1.1 将.imx转换为.hex：

cdtmp hexdump-Cu-boot-dtb.imx>u-boot-dtb.hex

4.1.2 IVT

这是来自imx6ull参考手册的 IVT 结构：

基于此映射，让我们分析IVT：

4.1.3 Boot Data

Boot数据的地址是0x877FF420。

4.1.4 DCD

Boot数据的地址是0x877FF42C。

• 头部格式：
  标签：设置为0xD2的单字节字段
  长度：大端格式的双字节字段，包含DCD的总长度（字节），包括头部
  版本：设置为0x41的单字节字段

• Write data command format
  

4.1.5 CSF

• Boot数据的地址是0x87891000。
• CSF偏移 = 0x87891000 - 0x877FF420 = 0x00091C00。
  在签名u-boot-dtb.imx时，csf.bin将附加到这里。

4.2 分析u-boot-dtb.imx.log

4.2.1 镜像类型：Freescale IMX启动镜像

• 表示这是Freescale（现NXP）i.MX系列处理器的启动镜像文件格式
• 这是i.MX芯片专用的镜像格式，包含启动所需的所有必要信息

4.2.2 镜像版本：2（兼容i.MX53/6/7）

• 镜像版本号为2
• 兼容i.MX53、i.MX6和i.MX7系列处理器
• 不同版本可能支持不同的特性或格式

4.2.3 模式：DCD

• DCD（设备配置数据）模式
• 表示镜像包含DCD数据，用于初始化DDR内存等外设
• 这是i.MX芯片启动过程中的重要配置方法

4.2.4 数据大小：606304字节 = 592.09 KiB = 0.58 MiB

• 镜像数据大小为606,304字节
• 同时提供了KB和MiB单位的换算值
• 这个大小包含了整个镜像的所有内容

4.2.5 加载地址：877ff420

• 镜像加载到内存的地址
• 这是一个十六进制地址
• Boot ROM会将镜像数据加载到这个内存位置

4.2.6 入口点：87800000

• 程序入口点地址
• 加载完成后，CPU将从这个地址开始执行
• 这个地址通常位于加载地址之后，可能包含代码段

4.2.7 HAB块：0x877ff400 0x00000000 0x00091c00

HAB（高保证启动）相关信息

• 第一个值(0x877ff400)：HAB块的起始地址
• 第二个值(0x00000000)：偏移量
• 第三个值(0x00091c00)：块大小
• 这些信息用于安全启动验证

4.2.8 DCD块：0x00910000 0x0000002c 0x000001e8

DCD块配置信息

• 第一个值(0x00910000)：DCD在镜像中的偏移地址
• 第二个值(0x0000002c)：DCD头部的偏移量
• 第三个值(0x000001e8)：DCD数据的大小
• 这些数据用于配置DDR控制器等关键外设

5. 签名u-boot-dtb.imx

5.1 安装CST

• 下载 cst-3.1.0.tgz
• 解压cst-3.1.0.tgz

5.2 生成HAB4密钥和证书

I.MX 6ULL使用HAB4来签名u-boot-dtb.imx。关于生成HAB4密钥和证书的更多细节，请参考Code-Signing Tool User’s Guide中：

• 3.2.2 运行hab4_pki_tree脚本示例
• 3.2.3 生成HAB4 SRK表和Efuse哈希
• 或参考introduction_habv4.txt

执行上述步骤后，HAB4密钥和证书将在keys和crts目录中生成：

这里需要描述crts中的2个文件：

• SRK_1_2_3_4_fuse.bin：将用于熔丝编程
• SRK_1_2_3_4_table.bin：将用于u-boot-dtb.imx签名

5.3 签名u-boot-dtb.imx

在步骤3中，生成了u-boot-dtb.imx。现在让我们签名u-boot-dtb.imx。
强烈建议遵循mx6_mx7_secure_boot.txt中的说明。

5.4 验证csf签名

在步骤4.1.5 CSF中，CSF偏移为0x91c00。要验证u-boot-signed.imx中的csf签名，我们应该使用以下步骤：

5.4.1 比较csf签名与csf.bin和u-boot-signed.imx

将csf.bin转换为csf_uboot.hex

hexdump-C../tmp/csf.bin>../tmp/csf_uboot.hex

• 从u-boot-signed.imx复制csf_cat.bin并转换为csf_cat.hex
  $IMG_SIZE = 0x91c00

ddif=../tmp/u-boot-dtb-new-CSF-signed.imxof=../tmp/csf_cat.binbs=1skip=$IMG_SIZEhexdump-C../tmp/csf_cat.bin>../tmp/csf_cat.hex

• 比较csf_cat.hex和csf_uboot.hex

cmp-l../tmp/csf_uboot.hex../tmp/csf_cat.hex

如果输出为空，则表示两个文件相同。

5.4.2 使用csf_parser检查u-boot-signed.imx中的csf签名

安装CSF解析器：参考 hab_csf_parser/README

• 检查csf_uboot.bin中的CSF

./csf_parser-d-ccsf_uboot.bin

• 使用csf_parser检查u-boot-signed.imx中的csf签名

./csf_parser-d-s../tmp/u-boot-signed.imx

5.4.3 分析csf签名

CSF签名在文件高保证启动版本4应用程序编程接口参考手册中有描述。
您可以分析csf_uboot.hex来理解csf签名。
或者，csf_parse命令也会生成parsed_output.txt和debug_log.txt来描述u-boot-signed.imx或csf_uboot.bin中的csf签名。

5.5 把SRK Table 烧录到熔丝

参考mx6_mx7_secure_boot.txt中的1.5 Programming SRK Hash。

注意

在验证HAB事件之前不要编程SEC_CONFIG[1]熔丝！！！否则设备将无法启动签名镜像。

5.7 Verify HAB events with u-boot-signed.imx

5.7.1 Program u-boot-signed.imx to sd card

SD card in my Ubuntu system is /dev/sdb.

sudoddif=u-boot-signed.imxof=/dev/sdbbs=1kseek=1conv=fsync

5.7.2 检查 HAB events

上面的图片是通过 SD卡启动 u-boot-signed.imx 的示例。
下面分析HAB events：
具体参照High Assurance Boot Version 4 Application Programming Interface Reference Manual。

=>hab_status Secure boot enabled HAB Configuration: 0xcc, HAB State: 0x99 No HAB Events Found!

HAB Configuration: 0xcc,Secuse ICC.
我已经烧录了 SEC_CONFIG[1] ， 默认的配置应该是 0xf0。

HAB State: 0x99, Trusted state.

至此，从移植u-boot 到 签名u-boot 到 imx6ull 板子上安全启动的主要步骤全部完成。
如果 hab_status 没有报错，下面就可以烧录SEC_CONFIG[1]。
参考mx6_mx7_secure_boot.txt中的1.7 Closing the device

• Program SEC_CONFIG[1] fuse, using i.MX6 series as example:

  => fuse prog 0 6 0x00000002