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实战经验 | 进一步认识STM32H5的OBK

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STMCU-管管 发布时间:2025-2-26 11:12
01
, s* O9 N9 _; t前言
6 [/ O- A  M$ U* k8 Z. v$ i( T+ M

2 b' m  {* ]0 F/ ]+ c& pSTM32H5引入一个新的名词OBK。OBK是Option byte key的意思,本意用来存储密钥,也可以用来存储数据。传统STM32开发与量产需要考虑应用程序以及选项字节,对于STM32H5,则还需要考虑OBK。本文在STM32H5官方文档的基础上带领读者进一步认识一下OBK。
; k- X1 s  c! h4 `( ~

( h' h- x/ b. {, ^* ^022 f/ `! Q1 R" j* {
OBK存储区的几个疑问
, S. _/ S; T2 x2 b8 O4 t2.1. OBK是STM32H5系列都有的吗?
# u: B# F: x) ]5 c" s0 R- V" Z并不是所有的STM32H5系列都存在OBK。在STM32H503上相应的DA【调试认证】功能是借助OTP来完成的,也就是说,STM32H503并没有OBK。
) }. R- }7 C+ G% i" j% {  b9 I% U) g; k* f
2.2. OBK区是使用STM32H5必需的吗?* \& `( ]# T& i5 F8 R# R
如果用户开发STM32H5应用,是否可以不使用OBK?可以。
* f( g  Y4 R7 e5 o0 }1 G* w7 ]STM32H5引入了新的芯片生命周期概念,其Open状态类似于传统STM32的读保护RDP 0级别。如果你的产品从来没考虑过读保护RDP,那么意味着你过去使用STM32都是在默认级别读保护RDP0。在这种需求下,产品量产时只需要关心应用程序和选项字节,不需要理会生命周期概念,自然也不需理会OBK。' @5 @9 g* d& o4 Q3 m$ R
另外,如果用户希望在产品发布后SWD/JTAG都不能被访问,那么只需要将STM32H5设置成Close或者Lock状态,也不用理睬OBK。
! f, K# _- {+ U; T* a) m0 q3 n8 f+ g/ ?5 ?0 r6 M
2.3. 不使用OBK区会不会是一种技术上的浪费?
# R; V5 z1 `& X$ b2 W如果在用户Flash使用已经紧张的情况下,不使用OBK确实是一种浪费。OBK总的大小有8K之多,可以写入任何数据。如果用户Flash空间紧张,即使不考虑任何安全保护的需求,理论上也可以考虑使用OBK。不过OBK的读写受到OBK存储区规则的限制,尽管有8K这么大,是否可以完全使用这8K,依赖于特定的应用需求是否和OBK-HDPL规则相匹配。
/ J' J" \% y) Y; P* |" m
6 N2 ^. T8 y: f8 s5 [2.4. 什么情况下一定需要使用OBK区?. y2 N4 ^* W, b' s2 R% R
STM32H5的优势之一是引入芯片生命周期管理,例如支持将产品状态设置到Close状态。在Close状态,除非用户能提供相应的密码和证书作为凭证进行DA认证,否则通过SWD/JTAG不能访问应用代码,也意味着代码得到了外部访问保护。在这种情况下,若需要使用OBK存储DA认证的相关的信息,这个时候OBK就必须使用。% N0 ^: e" s! y4 i7 _
换句话说,你是否在脱离Open/Provisioning状态后还希望通过SWD/JTAG访问 STM32H5,则建议使用OBK区。% O0 q" K4 p$ |. r

  L( \0 Q. r' J- _03
1 U/ Z: _0 Y7 Y# a( X2 IOBK文件( \  a% [" C1 r6 G* C7 H; W
. e  y: U9 S: ]7 W9 O. @9 _
3.1. OBK 文件的格式
: m/ o+ d1 d( V" \OBK存储区既可以用来存放密钥也可以存放数据,即OBK的内容可以和应用有关。也就是说OBK不仅仅可以用来做DA认证,也可以作为应用程序的数据区。如果OBK用来做DA认证,则OBK的格式要符合DA认证的要求;如果OBK用来做应用程序的数据区,则OBK的格式要符合应用程序的要求。而应用程序需求千差万别。因此,OBK烧录时,并没有定义它的内容符合什么样的要求,而只关心三个方面:
$ \" D. B2 o& Y$ T....uint32_t.destAddress:烧在哪个地址
7 n/ R; V; R& J5 @& b" A....uint32_t.OBKeySize:大小是多大4 p( e7 L1 l+ p% T1 I' T
....uint32_t.doEncryption:存储在MCU中是否需要加密
+ P0 i7 j$ B5 _. `: Z上位机的OBK文件相比较OBK存储区的实际内容就多了一个头部,头部的内容就是以上三项。头部信息的存在是为了告诉烧录程序,如何处理OBK文件中的payload负荷,头部信息本身在OBK存储区中并不存在。2 Z7 ~, L+ j. Y  }+ z
OBK文件中的payload负荷如果没有在头部指定加密的情况下,可以和存储区中的相应位置的数据一一对应。如果在头部指定加密,相应的STM32H5支持硬件加密,那么OBK文件依然是明文,但是OBK存储区则是密文。
  ]) j6 f, K8 H$ W& D" j2 ^; S这也说明,对于OBK烧录工具,不管是证书,密码,还是数据,都会一样被处理。
" P9 G' a. n" \

9 V$ [7 R# d2 w0 b/ y3.2. OBK 文件生成的方法
: }; S5 T7 z8 L; f1 a/ JSTM32 Trusted Package Creator可以用来生成DA以及应用需要的OBK文件。它的输入是xml文件,可通过图形界面或者文本进行编辑。对于没有在图形界面上显示的配置项目,可通过编辑xml让它在图形界面上显示,也可以直接编辑XML,然后再加载XML来进行OBK生成。* g7 U8 H) Y* m. g/ \
生成基于密码的DA OBK界面如下。注意,这里输入的密码会被Hash放入OBK文件中,也就是说从OBK文件是无从得知用于DA的密码是什么。因为DA认证也需要后期主机输入凭证对MCU进行解锁,这个界面也同时会生成password.bin。password.bin内容则包含密码明文。非开发阶段,用户要注意对password.bin的保密。
( ^6 v* _1 m( r  r1 Y3 _
12.png
生成基于证书的DA OBK界面如下。. z! x" L6 D6 e/ D! I
13.png
生成STiRoT的数据OBK界面如下。- l, ^8 N. m: b$ _1 {# R- Y3 c
14.png
生成OEMiRoT的数据OBK如下。
1 d( g6 j. O. X6 K& `" `
15.png
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) _$ A+ ^4 e1 s, JOBK烧录方法 5 Z, M' B7 E8 [- F3 `. C) |* D

: }. m2 `) Z4 O6 G/ B) H. s( U3 g" f4.1. 使用RSSLIB
2 z/ i7 o0 H  B* }STM32H5提供RSSLIB支持OBK烧录。最典型的用法存在于STM32CubeProgrammer中,它使用运行在MCU上的RSSLIB的函数进行OBK的烧录。
( I4 `; L- u6 e0 M$ ]: U在Product state为Provisioning时,烧录OBK的界面如下:
7 ^7 B! _0 P. I, q
16.png
注意,一般情况下,STM32H5要求烧录OBK要使用Provisioning状态,这是综合考虑多种OBK内容的需求,并不意味着对于特定的OBK就不可以使用其他状态。
6 l2 d( w# S5 ?+ e, _" Y  W1 T对于STM32H563等产品,它们不支持硬件加密OBK,这个时候在其他状态烧录OBK,是可行的。" ~4 d( C9 K& X" W' k( t- ]7 S
选择Nucleo-H563ZI开发板,选择Open状态。打开STM32CubeProgrammer,这个时候,选择同样的OBK烧录操作,我们会得到如下警告,告知我们OBK无法进行烧录。
8 F; w" l4 G0 V) _) Y4 r; P! p  ]
17.png
如下图所示,我们将boot0管脚同VDD连接在一起,进入到bootloader模式,我们依然会得到前述的错误。
# k9 d5 |) {6 Z% b
18.png
但是这个错误是由图形界面给出的。如果我们使用命令行,则会获得不一样的结果。命令行如下:
8 J8 k2 s( P8 f; X8 bSTM32_Programmer_CLI.exe -c port=swd mode=hotplug -sdp % w' x1 A6 J$ q+ K3 h
DA_ConfigWithPassword.obk8 o3 n/ ]0 B1 n8 K+ ~+ h
这个时候我们可以停留在或者退出bootloader模式,使用STM32CubeProgrammer,我们可以看到OBK区域已经被成功烧录。
# P" r9 B8 Y/ |5 x
19.png
通过这种方式,可以确认你烧录的OBK内容。如果你的OBK不需要被MCU加密, 这种方式相对于Provisioning状态意味着有一个确认的优势。9 u( T4 q$ z( j. d. U
不过,如果你没有拉高boot0管教,即使你使用STM32CubeProgrammer命令行进行烧录,也会给你返回失败的log。
( Y0 M! G% \1 K: P
20.png
4.2. 直接使用寄存器操作   l% a- L! X1 D% ~3 f: R" w8 h
STM32提供了HAL库,让MCU用户可以在应用程序里对OBK使用寄存器进行读写。STM32Cube软件包提供了相应的例程,举个例子:, _% U4 c: q9 g$ X7 @( Y: B: _
  1. STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H5_V1.1.1\Projects\NUCLEO H563ZI\Examples\FLASH\FLASH_OBK_EraseProgram
复制代码
这里就包含了一个完整的OBK烧录例程。
& z, Q9 V  G2 w5 X) `值得注意的是,当在支持OBK加密的STM32H5系列上,Open状态使用例程进行OBK得到的结果并不正确,原因在于Open状态会导致和产品发布状态例如Closed的密钥不一致。
- @+ @2 o, n# m; V, t7 \1 P这个例程也可以用来理解OBK-HDPL的概念。7 ~; F1 ]4 T* F4 N5 l# q% i4 h  I
同样,使用寄存器直接编程,在Open状态进行OBK烧录具有OBK明文确认的优势。
. t  V/ Y& P7 K7 O8 g; c0 o/ Q. k  E+ c# s; R
05' H+ h# g8 `$ y
小结
" X  j( w6 n' j6 ?! h$ l通过本文,希望用户在STM32H5正式文档的基础进一步了解,OBK的用处, OBK与OBK文件的差异,OBK的生成工具,OBK的烧录方法,适合STM32H5的用户在实践中进行参考。
' q2 ^: f9 Q) v$ _: l7 b  l. d LAT1429_进一步认识STM32H5_OBK_v1.0.pdf (848.01 KB, 下载次数: 0)
收藏 评论1 发布时间:2025-2-26 11:12

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1个回答
lugl 回答时间:2025-2-26 22:15:43

感谢管管大大,普及OBK的知识。

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