STM32F72xxx和STM32F73xxx微控制器上的专有代码读取保护

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STMCU小助手发布时间：2022-7-12 23:02

技术帖
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文章简介:	STM32F72xxx和STM32F73xxx微控制器上的专有代码读取保护

前言
软件提供商开发了复杂的中间件解决方案（知识产权代码，或IP-code），保护它们对于微控制器而言至关重要。
为了应对这一重要需求，STM32F72xxx和STM32F73xxx微控制器具有以下功能：
• 读保护（RDP）：防止进行读取操作
• 写保护：防止进行不需要的写入或擦除操作
• 专有代码读取保护：防止进行读写操作
本应用笔记对这些闪存保护技术进行了说明，重点是STM32F72xxx和STM32F73xxx微控制器上的专有代码读取保护，并提供了PCROP保护的基本示例。
本文档随附的X-CUBE-PCROP嵌入式软件包包含了PCROP示例的源代码，以及运行示例所需的所有嵌入式软件模块。
本应用笔记必须同STM32F72xxx和STM32F73xxx 基于ARM®的高级32位MCU的参考手册（RM0431）一起阅读，数据手册可以在www.st.com上获取。

1 存储器保护说明
1.1 读保护（RDP）
读取保护是全局闪存读保护，可保护嵌入式软件代码，避免复制、逆向工程、使用调试工具读出或其他方式的入侵攻击。该保护必须在二进制代码载入嵌入式闪存后，由用户进行设置。
以下章节中对三个RDP级别（0，1和2）进行定义和描述。
1.1.1 读保护级别0
级别0是默认级别，闪存完全打开，可在所有引导配置（调试功能，从RAM、从系统内存引导加载程序或从闪存启动）下进行全部内存操作。这种模式下，没有保护，该模式用于开发和调试。

( y# e& C+ U4 B# `$ |% M% Q: h
1.1.2 读保护级别1
激活读保护级别1时，即使是从SRAM或系统内存引导加载程序来启动，也不能使用调试功能（如串行线路或JTAG）访问（读取，擦除和编程）闪存或备用SRAM。
但是，当从闪存启动时，允许用户代码访问Flash存储器和备用SRAM。
将RDP选项字节重新编程为级别0，可禁用RDP级别1保护，这会导致批量擦除。
" J* U8 q* o* f4 p

1.1.3 读保护级别2
激活RDP级别2时，级别1所支持的所有保护均有效，芯片受到全面保护。RDP选项字节和所有其他选项字节都会被冻结，不能再修改。JTAG、SWV（单线查看器）、ETM 和边界扫描被禁用。
从闪存启动时，用户代码可以访问内存内容。但是，不再能从SRAM或从系统内存引导加载程序启动。
这种保护是不可逆的（JTAG熔断），所以不能回到保护级别1或0。
表 1描述了从内部闪存启动，或在调试，或从SRAM或系统内存引导加载程序启动时，对闪存、备用SRAM、选项字节和一次性可编程字节（OTP）的不同访问。

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1.1.4 STM32F72xxx和STM32F73xxx RDP保护下的内部闪存内容更新
当RDP保护激活时（级别1或级别2），内部闪存内容不能通过调试进行更新，当从SRAM或系统内存引导加载程序启动时也不能更新。
对最终产品的一个重要要求就是，能够将内部Flash存储器中的嵌入式软件升级为新的软件版本，添加新功能并修正潜在问题。
可通过实施用户专用嵌入式软件执行内部闪存应用内编程（In-Application Programming，IAP）来解决此需求。IAP使用通信协议（如USART）来实现重编程过程。
有关IAP的更多详细信息，请参阅www.st.com上提供的STM32使用USART进行应用内编程应用笔记（AN3965）。

1.2 写保护
写保护用来保护指定扇区内容，避免代码更新或擦除。这种保护可应用于扇区。
任何写请求都会产生一个写保护错误。如果要擦除/编程的地址属于闪存中处于写保护状态的区域，则通过硬件将WRPERR标志置位。
例如，如果闪存中至少有一个扇区是写保护的，则不能对其进行批量擦除，并且WRPERR标志置位。
要激活每个闪存扇区 i 的写保护，可使用一个选项位nWRPi。当设置扇区 i（选项位nWRPi = 0）为写保护时，该扇区不能被擦除或编程。
可通过嵌入式用户代码或使用STM32 ST-Link Utility软件和调试接口，进行使能或禁用写保护管理。

1.3 专有代码读保护（Proprietary Code Read Out Protection，PCROP）
1.3.1 PCROP保护概述
PCROP是闪存中IP-code的读写保护。PCROP应用于扇区（0至7），保护专利代码不被最终用户代码、调试器工具或RAM Trojan代码修改或读取。
通过ITCM或A**线对PCROP扇区的任何读访问（获取操作除外）都会触发：
• 给定总线上出现总线错误
• FLASH_SR状态寄存器中RDERR标志置位。如果FLASH_CR寄存器中读错误中断使能位（Read Error Interrupt Enable，RDERRIE）置位，也会生成一个中断。
任何对PCROP扇区的编程/擦除操作都会触发WRPERR标志错误。
受保护的IP-code可以很容易地被最终用户应用程序所调用，并且仍能受到保护，不可直接访问IP-code本身。PCROP不会阻止执行受保护的代码。

注意：
虽然对PCROP扇区的读访问会产生总线错误，但读错误中断可被硬故障错误中断或总线故障错误中断所屏蔽。要使用读错误中断，必须将总线故障错误中断优先级使能为低于读错误中断优先级。

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1.3.2 如何使能PCROP保护
PCROP保护是逐扇区激活的，因此每个扇区可以单独作为PCROP扇区，并可以对附加扇区进行保护（当RDP设置为级别0或级别1时）。
PCROP保护通过FLASH_OPTCR2寄存器中的选项位PCROP来激活：
• PCROP = 0：扇区i（i = 0,...,7）上的PCROP保护不被激活
/ o( Q) J8 ?! ~) C• PCROP = 1：扇区i（i = 0,...,7）上的PCROP保护被激活* s( U% A) i* e M& B" f: V
为了提高PCROP扇区的安全级别，在执行PCROP扇区中的代码时，所有调试事件都会被屏蔽。3 f2 u( K' `+ \: c
另有一个选项位（PCROP_RDP = PCROP1ER [15]）可用来选择在RDP保护从级别1变为级别0时PCROP区域是否被擦除。7 i' U6 j( t, x$ W3 g
用来激活PCROP保护（PCROPi）的位和用来激活写保护nWRPi的其他位是独立的，因此可以同时存在一个写保护扇区和一个PCROP扇区。表 2显示了根据WRPi和PCROPi位的值，扇区i上会设置何种保护。
( t( n1 J. L3 `* J6 ~

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; g0 C$ ?1 g# L& l

# w! O- s; n5 N注：关于实现PCROP使能的更多详细内容，用户必须参考所提供的FW包（STEP1-ST_Customer_level_n project main.c文件）中所述的PCROP_Enable()函数。
; O7 n! Y- ]' t1 P3 h/ ?6 g2 W
1.3.3 如何禁用PCROP保护
1 c7 O6 W% I# C# N根据RDP级别，如果RDP级别为1或0，则PCROP保护可被禁用，但是如果RDP设置为级别2，PCROP不能被禁用。当RDP设为级别2，所有选项字节都会被冻结，不能修改。因此，PCROP保护的扇区不能再被擦除或修改，这样就成为永久性保护。禁用受保护扇区上PCROP的唯一方式是：
9 ?6 k$ o, U4 L& {& M+ }) ]• 清除对应扇区的PCROPi位（多个扇区可同时可进行）( J0 w- q4 a3 v" C% K& |
• 实现从级别1退回到级别0
$ Z* I# e+ O/ o0 I' u+ t• 将PCROP_RDP位置位! x) ^* q2 R& b+ f# p" z* [
如果PCROP_RDP位被置位，则执行主闪存的批量擦除，并根据PCROPi值，对应扇区的PCROP保护保持使能或禁用。
) k4 E( i9 y2 D0 A. s: Y" _如果PCROP_RDP位被清零，则完全批量擦除由部分批量擦除所代替，该部分页面擦除是对PCROP激活的存储区内进行连续页面擦除（PCROP保护的页面除外）。这样做是为了保持PCROP代码。
4 l" y4 q: u9 [
注：允许从级别1退回级别0与修改PCROP_RDP位同时进行由于完全或部分批量擦除在选项修改前启动，所以使用的是当前PCROP_RDP位，而不是被编程的新PCROP_RDP位。' e2 N6 q  A3 r# l  P+ D

使用STM32-Link Utility) Y* t! c" H9 U7 H# G& @& i
应用程序开发过程中，用户可能需要禁用PCROP或全局RDP保护，而不必花时间开发或禁用保护功能。STM32 ST-LINK Utility工具是一个非常简单的禁用或使能保护的方式，利用调试接口如JTAG或SWD即可实现，而无需开发专门的功能。图 2显示如何修改选项字节。
7 ]8 J! Q% I* O: G; F. i  H

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: g" w9 V9 k6 D7 p4 @1 E5 B  T关于如何使用STM32 ST-LINK Utility软件的更多详细信息，用户须参考STM32 ST-LINK实用软件说明用户手册（UM0892），可从www.st.com上获取。
: {7 c2 ?& r& r' j) v
1.3.4 存放和执行PCROP的IP-code
$ W/ s0 T7 y4 I- y' f+ {如前所述，PCROP不会阻止执行受保护的IP-code，并且其函数可方便地被用户代码所调用。
PCROP保护的扇区不被D-code总线读访问，这里重点指出，只允许进行代码执行（通过 Icode总线取指令），而禁止读取数据。因此，受保护的IP-code无法访问存储在同一区域的相关数据值（如文字池、分支表或常量，执行过程中它们通过D-code总线从闪存中取出）。
7 d8 F( Z1 |. k! ^+ r; WPCROP的代码必须是只可执行的代码，不能包含任何数据。
" S) F' b6 k. o# `6 H5 ~用户必须配置编译器来生成只可执行的IP-code，并且避免任何数据读取，所需编译器配置在第 2节中有详细说明。

, R0 }* B1 h. n2 T! O不可激活向量表扇区的PCROP保护9 S8 W' j2 F9 f6 G6 K
中断向量表包含了每个中断处理程序的进入点地址，它们可由CPU通过D-code总线进行读取。通常中断向量表位于首地址0x08000000的第一个扇区（例外是在某些情况下，它会被重新定位到其他区域，如SRAM）。
% q* ~" g4 b. L4 h7 g* z将代码置于闪存中进行保护时，必须遵守以下规则：
% r# |; s! M6 O- Z  x• 向量表所在的第一个闪存扇区不能是PCROP保护扇区2 R/ z  i' O. z/ Q, L  d2 d5 ^
• PCROP保护的代码不能位于第一个扇区中。

: X" _/ ]/ P) Y. ^: M+ V0 R# t/ {, aPCROP的IP-code依赖关系9 g9 H" k9 \' Q9 Y: O8 E# `! Q
受保护的IP-code可以从位于用户代码区域中以及PCROP保护区之外的库中调用函数。这种情况下，IP-code中包含了相关函数地址，允许PC（程序计数器）在执行IP-code时跳转到这些函数。一旦IP-code被PCROP保护，则这些地址不能更改。因此，每个调用函数必须位于（PCROP保护区域之外）PCROP保护IP-code中写入的相应固定地址，否则PC跳转到无效地址，IP-code无法正常工作。7 {: B5 M% r! J2 y" K! K( \
要完全独立，受保护IP-code必须与其所有关联函数放在一起。/ }1 v% t% U' d, h2 d9 m' F0 U  v
图 3显示一个示例，其中PCROP保护的Function_A()调用位于PCROP保护区域之外的固定6 q, [0 Q9 G4 H- M
地址的Function_B()。
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