01
问题描述
客户要在STM32U5 SBSFU的基础上开发自己的项目，SBSFU由三个工程组成，Boot，APP，Loader。其中的Boot工程由开源项目MCU boot移植而来，它负责整个系统的安全启动以及升级部分。客户想在此基础上新增一个串口通信，不使用DMA模式的情况下，串口能够正常工作，但切换到DMA模式的时候就不正常了，PC端连接串口发送引脚，显示接收的数据全为0。如下图所示：
: A$ T1 v' k8 B$ v0 V; e

▲ 图1 SBSFU Boot运行的置log信息及串口收到的数据全为0

02
问题分析及定位
此问题看起来应该是DMA哪里配置出了问题。为了快速找到问题，不如先从STM32CubeMx重新生成一个基于trustzone的USART且带DMA的测试工程，等到测试工程测试通过后，直接移植到boot工程内不就完了？
% o# D9 I2 f% j7 w5 q- i% }于是我直接使用STM32CubeMx新建一个工程，使用LPUART1外设PA2，PA3引脚。并分配其为M33 Secure。配置115200 bps。1+8+1数据格式。
7 G( i& k. f/ v, w1 s

▲ 图2 串口基本配置

在其DMA配置页面下，点Go to GPDMA1，切换到GPDMA1配置：在上面Mode页面下激活通道0和通道1，并将通道0分配给LPUSART1_TX：

▲ 图3 通道0分配给串口发送

* {/ d1 P$ E# ~0 n5 {
* C0 d$ c" H& \+ V

▲ 图4 通道1分配给串口接收

在security页面下配置通道，目标和源均为“secure”：
# Y. i: \+ C# ~6 X

▲ 图5 DMA通道的安全属性配置

" u& \0 V/ `& C. w8 Y然后就是配置内存了。在ld文件中配置使用的内存是SRAM1：

1. /* Memories definition */
   
2. MEMORY
   $ {" m* ^4 w1 f, t5 ?# r6 J% e
3. {
   ) w( k- g" x/ t! g, L- [3 N7 S
4. RAM (xrw)  : ORIGIN = 0x30000000, LENGTH = 192K     
   
5. /* Memory is divided. Actual start is 0x30000000 and actual length is 768K */
   4 c+ d& }- F1 j4 q* a5 s1 \
6. SRAM4 (xrw)    : ORIGIN = 0x38000000, LENGTH = 16K
   3 k; h$ X+ s- a  s
7. FLASH (rx)   : ORIGIN = 0x0C006000, LENGTH = 500K   
   7 h' p9 b7 A% {; n8 F4 V: k" S
8. /* Memory is divided.
   2 {$ p3 p& X4 K2 O( L) L9 }
9. Actual start is 0x0C000000 and actual length is 2048K */
   
10. FLASH_NSC (rx) : ORIGIN = 0x0C0FE000, LENGTH = 8K
    
11. /* Non-Secure Call-able region*/
    " g  s$ X/ f3 ^4 x1 D! e4 Y
12. }

复制代码

: g  D) W$ K. x$ B6 A" a/ }然后在GTZC中配置MPCBB1：
  ]/ f8 v6 |5 s" b
6 D/ a0 o" O& F) _1 u
0 d1 ]9 @* G; w/ v- @0 E: }

▲ 图 6 GTZC下MPCBB1配置

$ M& q8 i2 X8 Q9 ?在MPCBB1中将192KB的SRAM1配置为全部安全。
+ l2 c# K3 S9 y9 i9 p然后生成测试工程。
为了让测试代码跟boot工程保护一致，我们也让测试工程从0x0C006000，见之前ld文件中FLASH的定义范围。
3 J  l6 O% i7 |, `) i, t6 W/ M还需要在修改向量偏移位置到0x6000处：
#define VECT_TAB_OFFSET  0x00006000UL
然后在main函数处增加测试代码：
% L1 z) N6 o4 J7 _( |( Y3 O

1. void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   
2. {
   
3. txPendingFlag =0;
   ( p7 T$ M' o: O9 v5 x# h( [
4. }
   
5. int main(void)
   % p$ A$ r( f- D0 g" s
6. {
   
7. //…
   
8. while (1)
   4 x' C4 v; {6 c* |1 j7 H
9. {  
   
10. if(txPendingFlag==0)
    
11.    {
    
12.     txPendingFlag =1;
    7 a, \/ q, o; ~, a, ?- C, E
13. HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)aTxBuffer, sizeof(aTxBuffer));
    
14.    }   
    
15.   HAL_Delay(100);
    
16. }
    / ]0 `% ]% [; u6 O+ w
17. //…
    
18. }

复制代码

让主函数周期性地从串口发送数据。为了让程序正常运行，需要使用STM32CubeProgrammer修改MCU从0x0C00 6000地址启动(主要为了与SBSFU_Boot保持一致):
& B% _& `% @# F- ~

▲ 图7 让MCU从0x0C00 6000地址启动

) n" s) r( C- f1 Q/ C
编译并烧录程序，并让程序运行起来后，使用示波器测量PA2引脚的波形，结果一切正常。
于是接下来移植到SBSFU_Boot工程。
由于在测试工程中已经测试OK，按理说，移植到boot工程后，带DMA的串口也应该发送正常。但实际测试却是跟客户所描述一样，发送内容全为0！
7 W* a5 @1 F1 @. q9 C) T问题出在哪里？
  `( j. P6 ?& m3 T* c仔细对比两者的差别，发现测试工程是有配置GTZC。MPCBB1的，对应SRAM1，但是Boot工程，它使用的是SRAM2，代码并没有配置MPCBB2，其初始化函数：
# \) t* f6 p  E

1. static void  gtzc_init_cfg(void)
   6 y3 |; I/ R1 N
2. {
   " }% V9 w2 N3 i0 u# R+ {
3. __HAL_RCC_GTZC1_CLK_ENABLE();
   
4. #ifdef TFM_ERROR_HANDLER_NON_SECURE
   ; H# H- ?/ l  x, t5 J
5. /*  unsecure only one block in SRAM1 */
   
6. GTZC_MPCBB1_S->SECCFGR[0] = 0xfffffffe;
   $ c# i/ J, n' Q, }
7. #endif
     Z0 g: N( @( m9 X0 v) H6 u9 X
8. /*  TFM_ERROR_HANDLER_NON_SECURE */
   
9. }

复制代码

在宏TFM_ERROR_HANDLE_NON_SECURE打开的情况下也只会配置MPCBB1，并没有配置MPCBB2。因此，SRAM的安全及特权属性应该是保留为默认属性，那么其默认属性是怎么定义的呢？
在参考手册RM0456 Rev 4第5.4.6节中，我们找到如下内容：
' Q1 t; p$ h% \0 P+ x

▲ 图 8 SRAM的默认属性定义

( Z3 w: h) L  {, M* i1 Z
这说明，在默认情况下(TZEN)，SRAM2的默认属性是Secure+Privieged的。之前在测试代码对应的STM32CubeMx配置中，我们配置了通道，目标及源为安全属性，但并没有配置其特权属性。在CubeMx中其默认为非特权，见之前的图5所示。也就是说，我们需要将通道也配置成特权属性，于是直接修改代码：
7 b+ D; u4 b+ B* J

1. //…
   
2. __HAL_LINKDMA(huart, hdmarx, handle_GPDMA1_Channel1);
     N8 ?. q' x- N) @, j
3. if (HAL_DMA_ConfigChannelAttributes(&handle_GPDMA1_Channel1,
   3 X0 u2 \, }& u2 t" H
4. DMA_CHANNEL_PRIV|DMA_CHANNEL_SEC|DMA_CHANNEL_SRC_SEC|DMA_CHANNEL_DEST_S
   1 `( T3 V2 Y) q4 t9 t
5. EC) != HAL_OK)
   
6. {
   
7. Error_Handler();
   * C( O9 ], ]! i
8. }
   % q) r4 _- f. ~- I' v# ]
9. //…
   
10. __HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, handle_GPDMA1_Channel0);
    $ |' O5 x: K* x
11. if (HAL_DMA_ConfigChannelAttributes(&handle_GPDMA1_Channel0,
    ( S- j5 a( T: D' R1 r7 H
12. DMA_CHANNEL_PRIV|DMA_CHANNEL_SEC|DMA_CHANNEL_SRC_SEC|DMA_CHANNEL_DEST_S
    ) t+ A- A$ D0 I. g6 Y  n+ R' @
13. EC) != HAL_OK)
    $ u& y  t' X5 J; D. D1 [
14. {
    
15. Error_Handler();
    
16. }
    
17. //…

复制代码

如上代码所示，在代码中配置DMA通道处(红色标记处)，将其改为配置特权属性。然后编译后再次测试，这次则能正常发送数据了：

▲ 图 9 串口正常发送数据

/ j3 q7 h; }  d0 f2 Q# }3 `8 ^
0 V/ R1 x6 p4 t/ A" L: p. C03
* D* |2 J/ [. }& L小结
在trustzone使能的情况下，MCU内的资源，若代码中没有显式设置的情况下，要注意其默认状态，内部flash，SRAM，片外存储映射区域以及GPIO引脚均为安全的，且特权，Securable外设基本都是非安全的,在STM32U5安全培训的一页PPT中有做总结，如下图所示：

本文所描述的问题，正是由于MPCBB2(Boot工程对应的RAM)没有配置，其默认为Secure+Prileged属性，但DMA默认属性为NonSecre+NonPrileged。代码中只配置DMA通道为Secure属性，并没有配置其为Prileged，因此导致其访问SRAM2时失败，这也就是为什么发送内容全为0的原因了。这也提醒我们，在开发trustzone相关的项目时，对各个资源的安全属性配置一定要小心。
: v; d/ @+ Z3 D8 G' f