一、前言! z [" Q% i; f: v STM32H5 是 ST 2023 年新推出的产品系列,与以往 MCU 不同的是, STM32H5 推出新的 product state 功能特性以替代以往的 RDP 功能。 如上图所示,product state 有如下状态 : & l, t! `4 [9 I8 k+ t2 k# Q7 O Open(0xED) : 完全 open 状态,相当于以前的 RDP0。! q; A* Y( |2 A8 } Provisioning(0x17) : 此状态是专门用来做预配置的。 7 p4 q% h8 k- J: s& t/ O - \2 v% Y! P! p7 Q4 C7 ^ iROT-Provisioned(0x2E) : 用于 STiROT 或 OEMiROT。) _2 s7 v* E) h7 t: _4 n9 ^ ( G& y3 R$ k# ~/ n( K TZ-Closed(0xC6): Secure 区域关闭, 相当于 RDP0.5(仅在 TZEN=0xB4 时有效)。 7 E) N9 x0 T3 R& t, D Closed(0x72): S 和 NS 区域均受到保护,这点有些类似于 RDP1,此时调试口没法对其直接访问,但可通 过 DA 打开调试口或回退,这一点有点类似于 STM32U5 上的可带密码回退的 RDP2。 Locked(0x5C): 完全关闭芯片的外部访问,相当于以往 STM32 芯片的 RDP2 保护等级。 整体如下图所示:& p7 F( j1 ~( h5 n4 j % {/ }' W' n5 L- Z: s 其状态切换如下图所示 :# _9 a6 c$ V( ` + b4 t5 u7 R+ D0 U0 T0 I 如上图所示,product state 从 open->provisioning->iROT-Provisioned->TZ-Closed->Closed 如此从左到右是可切换的,但是,要从右到左如此回退,则必须要经过 DA[Debug Authentication]过程。如上图所示,经过 DA 后,要么完全回退到 Open 状态,要么部分回退到 TZ-Closed 状态。 . ^, I. H2 G! ^3 `9 R 所谓的 DA,就是通过向芯片提供证书(STM32H503 是提供密码),通过芯片的身份认证后,允许向 芯片发起 product state 状态回退,或者重新打开调试口请求(仅当 TZEN=0xB4 时)。 3 Y, M; a& T: {# p0 i. w' I 由于新的 product state 和 DA 的引入,所有 STM32H5 开发者都必须掌握 DA 的用法。因此,本 文档针对 STM32H5 初学者,演示当 TZEN=0xB4 时, 使用证书来完成 DA 过程。0 L) t" c2 ^. x C 二、准备工作( }+ D/ A5 Q3 }$ l" W0 Z 开发板 : NUCLEO-H563ZI : _5 z2 Y5 K" M7 t# u8 e, v5 _( I 软件包 : STM32Cube_FW_H5_V1.1.05 c1 Z5 {& P/ W " c D& _8 y% p6 ~( b& A 工具: STM32CubeProgrammer v2.14.0 Tera Term 串口终端显示 Trust Package Creator(安装 STM32CubeProgrammer 时一并安装, 注意勾选)+ Q) i% }5 r- _7 i IDE: STM32CubeIDE v1.13.0; ^" ~/ g+ B0 r2 o* t$ n4 J# P' p STM32CubeH5 包我们需要将其放到一个没有空格没有中文的路径下,在本动手实验中,我们 默认将其放在路径 C:\workspace\目录下。! E n; m. M, o* e. H* ~( p1 E + y% F2 R' J+ I5 h8 d/ i' | 三、生成 OBK 并测试5 U1 b0 h# {2 d% n) M 在 STM32CubeH5 包下的路径 STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEOH563ZI\ROT_Provisioning\DA,在此目录下,已经包含了自带的默认 obk,密钥以及证书。其实 我们可以直接使用这些 obk 以及对应的证书和密钥,这里我们将重新生成一套,并测试它是否 OK。 3.1. 重新生成密钥对打开 TPC(TrustedPackageCreator)工具 9 Y8 \# K4 I1 v! `+ W. b0 m1 O 在 xml file 处,导入 DA_Config.xml 文件 :: `+ \, B# c$ r) Y8 K- B& _* w" X C:/workspace/STM32Cube_FW_H5_V1.1.0/Projects/NUCLEO-H563ZI/ROT_Provisioning/DA/Config/DA_Config.xml* A2 |- ^" A( `" R/ h. ]: x) q( | 如上图,在导入 DA_Config.xml 文件后,点击 Regenerate 按键后,将在 Keys 目录下重新生成公钥私钥对 :( n0 \" i& q% n) r# h" z! E S6 Z 这组密钥对就是接下来需要使用到的密钥对了。 其中 : Key_1_root.pem 为私钥 Key_1_root_pub.pem 为公钥 3.2. 生成 DA OBK 文件: x' b3 m6 P& B. g# Y0 @ 接下我们将创建 DA 的 obk 文件 :9 U0 R- L) l: a6 J$ f, E 2 ?* y$ O8 {* D o f 如上图所示,继续在 TPC 工具中,在 Permission Mask 下,激活允许的操作许可,被激活的就是 DA 认证通过后,允许的操作. 然后在 Output File 处选择输出文件。我们使用默认即可。然后点击 Generate OBKey 按键,则在 Binary 目录下生成 DA_Config.obk 文件 :* d2 @0 P: e! f6 G( h ~' O 1 S9 r$ z! k( A y( q( N. l% {$ \ 这个 obk 文件就是我们后续将来做 DA 预配置(provisioning)的 obk 文件了。0 H) v) V& E5 Q) m * r4 Y5 {: ~. o; z7 U* X0 R , A! h: F( j5 A. |+ ? 3.3. 生成证书* w8 _4 l+ a: h! J4 }5 O 接下来我们继续用 TPC 工具生成证书。 2 @$ ~& n5 \/ u0 ^+ ?3 F: A( ^ 如上图所示,在 Microcontroller 处选择 STM32H5-2M,在 Root Private Key 处我们选择之前生成的私钥文件 : C:/workspace/STM32Cube_FW_H5_V1.1.0/Projects/NUCLEO-H563ZI/ROT_Provisioning/DA/Keys/key_1_root.pem* W6 I! I( `# B- V( O # P( k/ F! n" ?; O - F( R, w& d8 e1 L- h; L- [ 而在Root Public Key处则选择之前生成的公钥文件:C:/workspace/STM32Cube_FW_H5 _V1.1.0/Projects/NUCLEO-H563ZI/ROT_Provisioning/DA/Keys/key_1_root_pub.pem 然后在 Permission Mask 处选择此证书所允许的操作许可。我们将 Full 回退 to TZ,以及Secure/Non Secure 下的 Level 1~3 的 Debug 权限许可全部打开。+ M& v9 X$ [% T4 y( ~ 在 Certificate file 处选择输出文件,我们选择C:/workspace/STM32Cube_FW_H5_V1.1.0/Projects/NUCLEOH563ZI/ROT_Provisioning/DA/Certificates/cert_root.b642 y- e7 N5 |0 B" ?4 h" B 即在 Certificates 目录下生成 cert_root.b64 文件,最后再点击右下角的 Generate Certificate 按键,最终在 Certificates 生成了 cert_root.b64 文件。 + M6 ]( z- i! T- g- n- C , s4 d% V1 y" W1 U( o% `4 @( c2 r6 s2 M 如上图所示,在 Certificates 目录下将同时生成两个文件 : cert_root.b64, cert_root.cert。5 K0 t8 B: Z' [- f0 C. ?) D( T 其中 cert_root.b64 就是我们需要的证书文件了,它就是根证书。它将在后续步骤中进行 DA 时将会用到。而另一个生成的文件 cert_root.cert,我们并未用到它。 3.4. DA 预配置 (provisioning)! ^9 Z9 e. S$ t* t6 L4 o, ` 接下来我们将做 DA 预配置,在此之前我们确保使能 Trust Zone 功能,即 TZEN=0xB4。 如上图所示,使用 STM32CubeProgrammer 连接芯片,并将 TrustZone 打开。 然后将 Product State 切换到 Provisioning 状态 :) m1 Y; U7 ?# ~$ U % h2 e: _- w- n0 d- V7 L5 F 接下来正式做 DA 预配置… 如上图所示,在 STM32CubeProgrammer 左边选择盾牌图标,然后在上方选项卡处选择PROV,接着在 OBKey file path 处选择之前生成的 DA_Config.obk 文件 :( |# d2 G+ @2 v9 n. t( H8 p C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Binary\ DA_Config.obk8 [) _ ^3 R; p' s; C& r+ f2 V 8 q3 g3 U* G, Z4 S 最后点击 Start Provisioning 按键…& @4 y" L8 I" Y# q & D+ O& R/ ]9 M# p; { / J& j! v' n3 A) L) b# i- Y 成功时,将弹出消息提示成功。此时表示,DA obk 文件已经预配置到芯片内部并且已经成功了。然后断开 STM32CubeProgrammer 的连接…9 U% f t& Y7 Z9 ~9 p ! a! K1 d0 B8 e 如上图所示,点击 Disconnect 按键,确保 STM32CubeProgrammer 已经断开连接。接下来我们将尝试用证书做 DA 回退… " n4 m* s ^1 ~* p! M # e3 O; i" T) r# }' G. f 3.5. DA 回退 - T% }/ x: P4 [4 L) o; D5 p 如上图所示,在确保 STM32CubeProgrammer 断开连接的情况下,左边还是选择盾牌图标,上方选项卡处选择 DA,然后在界面中点击 Discover 按键… 6 o+ S) U s7 l4 M# r5 ?( X 如上图所示,在接下来的界面中,在 Key File Path 处选择之前生成的私钥文件 key_1_root.pem:C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Keys\key_1_root.pe 如上图所示,在接下来的界面中,在 Key File Path 处选择之前生成的私钥文件 key_1_root.pem:C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Keys\key_1_root.pe2 D2 o0 R& B: Y4 i8 u0 w, D 在 Certificate File Path 处选择之前生成的证书 cert_root.b64:C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Certificates\cert_root.b64 p' r! v& d/ t( B 然后点击右边的 Continue 按键… # }5 |7 W& k3 l$ j7 E 2 T$ O: ? Q4 C1 F7 G/ ] 如上图所示,在下方新显示出来的界面内容中,在左边选择 Full Regression, 即你想要的操作,然后点击右边的 Execte 按键…" _6 d4 { G2 N, x6 [/ H2 t & B: k* N' @; D9 x$ `: ? $ T, K( Q6 B' d& ? j2 t- s9 x5 j 如上图所示,弹出界面显示 DA 成功。 这也就表示,之前生成的私钥文件 key_1_root.pem + 证书文件 cert_root.b64 正是匹配之前生成的 obk 文件 DA_Config.obk 的。 . D3 i( z" n' S 其中 DA_Config.obk 文件和固件 hex 文件是要给工厂烧录芯片用的。而私钥文件 key_1_root.pem + 证书文件 cert_root.b64 则是需要保留,将来工程师需要它们来做 DA 回退和 DA 调试用的。: ^( D% }) G5 Z- Z2 o* c. e 这里需要注意地是,如果上述 DA 回退未成功,则表示证书+私钥与之前预配置的 DA obk 不匹配,需要重新执行 3.1~3.5 节。直到 DA 回退成功为止,否则切记不要进入到下一步骤,不然很可能会由于证书不对无法回退导致芯片废掉(除非用户代码可以执行回退)。 ! m* w& b- O7 P' A9 ~ " P' h6 N1 s5 [6 i' H% e) l 四、运行一个程序并 DA 调试 T0 m/ w; i. @' C2 {) f 4.1. 在 Open 状态下运行一个示例程序 1 l8 d, d* V- T5 l6 G# X 使用 STM32CubeProgrammer,确保 product state =Open, TZEN=0xB4:) b0 E9 H1 M7 K# K7 d6 e# V' J " @& C* [- e; B& i6 m 并确保:SECWM1_PSTRT=0x0 SECWM1_PEND=0x7F, SECWM2_PSTRT=0x7F SECWM2_PEND=0x0: 2 [/ m* i- w N# j2 q0 c5 p% \ + ]5 O3 @$ I0 N. c* e 然后使用 STM32CubeIDE 编译 STM32CubeH5 包下的示例工程:STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\Examples\GPIO\GPIO_IOToggle_TrustZone\STM32CubeIDE 分别先后编译 S 和 NS 工程并烧录对应程序,并复位运行。正常情况下,可以看到板子上 LD5(橙色), LD6(绿色)两盏灯在来回闪动。即表示测试程序运行 OK。 : B. P9 U, Q3 h; ~ ; Z D! B2 p* j 4.2. DA 预配置 接下来我们参照之前的 3.4 节,将 product state 切换到 provisioning 状态, 然后进行 DA 预配置。 , R& E( F/ N( b' D& X2 ? 如上图,切换到 provisioning 状态。 7 O; a/ X( n4 |% M/ s* ?, J 如上图所示,导入之前生成的 DA_Config.obk 文件,然后点击 Start Provisioning 按键,进行预配置。/ {% n7 w8 ?" A X" g3 u% l q' T# y. \8 g! a6 H0 U9 z 2 h" K0 g' w$ o# p 弹出上面显示模式,则表示预配置已经成功。1 e% {9 } ~, B . F" P% n( b2 H3 v$ ]$ o 6 |! R2 m, X- A" U 4.3. 修改状态到 Closed 状态 9 j5 T) z- @. D* c9 m: S+ Y2 @. b , f* c {% i [% T+ w, [ 如上图所示,接下来将 product state 修改为 Closed 状态。此时 ST-Link 连接会自动断开,表示芯片内部调试口已经自己关闭了。 此时查看板子,LD5、LD6 两灯依旧来回闪烁,说明程序在 Closed 状态下运行正常。只不过此时调试口是连接不上了。/ s- G$ [& V0 W+ g5 O+ Q ; |, K7 o( j) P5 e& l1 Q 4.4. DA 调试 4.4.1. 使用 STM32CubeIDE 调试 NS 工程: O6 S4 b" f3 q% a- t8 w/ G; l 在 STM32H563 处于 Closed 状态下时,SWD 口默认是关闭的,此时是无法调试代码的,若想调试代码,必须得通过 DA 认证重新打开调试端口,好在这一功能已经集成在 STM32CubeIDE 中了。接下来我们将使用 STM32CubeIDE 调试 NS 工程,在 NS 工程的 Debug Configuration 中, 在 Debugger 选项卡下 : 如上图所示,在 Reset behaviour 的 Type 下,选择 software system reset, 然后在 Debug Authentication 下勾上 Enable,在 Key path 后面选择之前生成的私钥文件 : C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Keys\key_1_root.pem,在 Certification path 后面选择之前生成的证书 : C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Certificates\cert_root.b64, 然后 Permission 后边选择 Debug Non Secure L1,然后点击 Debug 按键… 如上所示,程序在运行在 NS 工程的 main 函数开始处则停下来了,接下来你可以选择单步调试...; I0 W5 v P- P' [' R( Z+ y" t * C7 M( m4 p6 M K" ?. t7 A 4.4.2. 使用 STM32CubeIDE 调试 S 工程! q: j: y* x5 K1 M4 D, K S 工程的调试配置有些许差异。 * u5 q! _ S/ t2 H- l( k7 d& H 如上,Reset behaviour Type 为 None,同样在 Debug Authentication 下设置之前生成的私钥和证书,Permission 变为 Debug Secure L1。' |& q$ g8 s6 T h* W 6 t8 }8 y7 g6 }6 M8 Z 然后拖下来将 Verify flash download 之前的勾去掉(如上图所示)。# |( S$ b0 o0 E- Q1 w' T/ E$ c6 Q- A 3 P+ ^, t# s4 V5 p: s, L* t 如上图所示,在 Startup 选项卡下,在 Load Image and Symbols 列表中选择当前工程的 Image,然后点击右边的 Edit…按键,然后在弹出的对话框中将 Download 前的勾去掉。点击 OK、Apply、并 Closed、关闭当前窗口。接下来在 S 工程中的源文件中的 xxx_it.c 源文件中的 systick 中断入口处设置一个断点, 如下图所示: 9 f! v4 V. b2 \! R8 B% C6 O+ m 1 O0 m$ G. |0 ^7 P% @+ c8 D2 F 如上图所示,程序运行在断点处停下来了,接下来你可以单步调试 Secure 工程了。这是一种完全没有破坏现场的调试方法,适合当出现问题后,直接去查看出现问题的代码行。当然在调试 Non Secure 工程时,你也可以按此方法来配置。也可以达到不破坏现场的效果。 1 U4 o8 V X% G& E: H/ M, @" a 4.4.3. 在其它 IDE 中进行 DA 调试3 q1 N; V7 A. H$ `* r6 q4 r 由于其它 IDE 当前最新版本还并未将 DA 过程集成到 IDE 中,因此,需要利用 STM32CubeProgrammer 进行 DA 认证通过之后,才可以用 IDE 进行调试。 6 H! K1 C8 V% [ R' n 接下来我们将使用 STM32CubeProgrammer 通过 DA 来重新打开调试口。 ~6 V9 @! ^/ m5 a 在断开连接的情况下,在 STM32CubeProgrammer 中,选择 DA 选项卡,然后点击 Discover… / c9 ~4 c: m' i3 B# i 与 3.5 节类似,在上图中,选择之前生成好的私钥文件 C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Keys\key_1_root.pem,以及证书文件 C:\workspace\STM32Cube_FW_H5_V1.1.0\Projects\NUCLEO-H563ZI\ROT_Provisioning\DA\Certificates\cert_root.b64,然后点击 Continue 按键… ' @. V% ~! j/ r) D/ `* K/ H+ @. P 如上图所示,在下面新显示的内容中选择 Non-Secure Intrusive Debug(Level 1),然后点击 Execte 按键… - ^# S1 K0 ?& R) [ 8 B6 j7 i3 _9 |% ^( W! g 如上图所示,表示 DA 已经成功,调试口已经重新打开。然后断开 STM32CubeProgrammer 的连接。 接下来就可以选择你所使用的 IDE(如 Keil、IAR)调试 NS 工程了,如下图使用 IAR 调试 :) D/ ]3 O+ y4 E * {' k% H) k) f+ I; x1 X 如上图所示,选择 Attach to Running Target 可直接 attach 上去查看当前运行的代码行。当然在之前 DA 步骤中,你也可以选择调试 S 工程 …% s8 N2 A5 D% _5 Z- i 如上图所示, 在下面新显示的内容中选择 Secure Intrusive Debug(Level 1), 然后点击 Execte 按键…$ J2 o8 X- w& H6 V! V+ o0 b ; u! a7 A7 g/ V. Q1 ]3 @( J 如上图所示,表示 DA 已经成功,调试口已经重新打开。然后断开 STM32CubeProgrammer 的连接,接下来就可以选择你所使用的 IDE(如 Keil、 IAR)调试 NS 工程了。 $ v, Y1 z0 o. r+ P; j- { 五、还原 还原的过程参考 3.5 节,步骤完全一致。最终还原成功后,全片 Flash 内容已经擦除。最后,将 TZEN 直接修改为 0xC3。 至此,芯片完全恢复成原始状态。另外,DA 回退过后,之前预配置的内容也自动清空了, 因此,后续还需要重新进行预配置 (provisioning)。8 ]! A9 v: O L% G8 ^ 转载自: STM32 如有侵权请联系删除$ o$ P6 F- N7 t1 b |
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