簡談高通Trustzone的實現

從trust zone之我見知道，支援trustzone的晶片會跑在兩個世界。

普通世界、安全世界，對應高通這邊是HLOS,QSEE。

如下圖：

如下是HLOS與QSEE的軟體架構圖

HLOS這兩分為kernel層,user層。user層的通過qseecom提供的API起動trustzone那邊的app。

qseecom driver 除了提供API，還呼叫scm函式做世界切換。

scm driver 那邊接到qseecom的呼叫後，會把HLOS相關資料（包括指令引數）放入指它buffer，然後執行scm呼叫。

qsapp通過qsee提供的api接受來自HLOS那邊的請求，並把執行結果返回HLOS。

qsee除了提供API，還與從monitor把來自HLOS的資料傳給qsapp，然後把qsapp的資料返回給HLOS。

monitor就不用說了，切換世界用的，還處理shared buffer的內容。

是大概的架構圖，細節比較複雜，沒有開元。

下面通過一個簡單的qseecom_security_test程式碼來說明整個呼叫流程。

如下圖：

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) );

先初始化全域性變數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 );//初始化一個訊號量
      if( ret ) {
        LOGD( "barrier init failed %i, %i", ret, errno );
        g_err = -1;
        break;
      }

      ret = pthread_create( &threads[j], NULL, &test_thread, (void*)j );//建立test_thread執行緒
    }

初始化一個barrier訊號變數，用於執行緒建立時的同步

然後呼叫pthread_create()函式建立test_thread執行緒，該執行緒將會起動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",//起動名為securitytest的QSApp
            "securitytest", sizeof(qseecom_req_res_t)*2 );
    LOGD( "T%#X: Started QSApp...", (uint32_t)threadid );
    CHECK_RETURN( ret, __LINE__ );

跟著來到test_thread執行緒

呼叫QSEECom_start_app()函式起動QSApp。

這個函式在kernel實現 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,用於與安全世界通訊

呼叫scm_call()來陷入安全世界。

scm_call()實現如下：

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的實現如下：

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);//呼叫
	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;
}

呼叫__scm_call()陷入安全世界，回來後呼叫scm_get_response_buffer()獲取安全世界返回的資訊供上面QSApp client用

__scm_call實現如下：

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

	ret = smc(cmd_addr);
...

	return ret;
}

smc實現如下：

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;
}

是一段彙編程式，好吧，安全世界的QSApp已經執行起來了，當QSApp完成相應服務後就會返回資料。這個函式就會返回。

Starting QSApp已經完成，下面就註冊listener，這個listener用於監聽QSApp那邊的請求。因為有時QSApp也需要HLOS這邊做一些事。

實現如下：

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 );
...
}

這個函式比較長，簡化一下，分步來看

首先呼叫QSEECom_register_listener()函式來註冊監聽，告訴QSApp，我可以接收你的申請。

再次看到for迴圈沒有，這就是一直等待QSApp那邊的訊息，一但有訊息QSEECom_reveive_req就返回，這邊處理完之後。

再呼叫qSEECom_send_resp()傳送response給QSApp。

無論是起動QSApp,還是註冊listener都是執行緒中執行，一但所有執行緒都退出後就會呼叫QSEECom_shutdown_app()函式停止QSApp。

整個過程執行完畢。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開頭的函式都在kernel中的qseecom.c裡實現，scm系統呼叫，都在scm.c中實現。

HLOS user層把握QSEEComAPI.h檔案

HLOS kernel層把握qseecom.c 和 scm.c兩檔案

謝謝