Linux系统移植篇5：STM32MP1微处理器之Trusted Firmware-A简介

Posted 2021-09-01 北京华清远见教育科技有限公司

Trusted Firmware-A移植 Trusted Firmware-A简介

嵌入式高速发展的今天，大量的嵌入式设备使用了Arm为核心的芯片。我们会接触到越来越多的嵌入式设备，一个问题油然而生：数量如此巨大的嵌入式设备的安全性如何？目前针对嵌入式安全的技术和标准可谓千姿百态，除了必要的硬件安全技术，与之配套的安全软件也是必不可少的一部分。今天我们要介绍的是基于Arm 的可信固件Trusted Firmware-A，简称TF-A。它是一个开源软件，运行在一个硬件隔离的安全环境中并提供安全服务。

实验目的

完成TF-A的基本功能实现TF-A引导u-boot启动。

实验平台

华清远见开发环境，FS-MP1A平台

实验步骤

本实验基于tf-a-stm32mp-2.2版本，然后添加意法半导体提供的补丁文件。在意法半导体官方的tf-a中移植我们自己的tf-a。

导入源码

如果之前已经建立了源码目录，并且导入了源码包，即可跳过本小节。

建立源码目录

linux@ubuntu:$ cd ~

linux@ubuntu:$ mkdir FS-MP1A

将【华清远见-FS-MP1A开发资料\\02-程序源码\\04-Linux系统移植\\01-官方源码】下的
en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz压缩包，导入到ubuntu下的${HOME}/FS-MP1A目录下。

 

解压缩源码包

linux@ubuntu:$ tar xvf en.SOURCES-stm32mp1-openstlinux-5-4-dunfell-mp1-20-06-24.tar.xz

解压完成后得到“
stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24”目录

 

进入tf-a目录下

linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0

 

该目录下以patch结尾的文件为ST官方提供的补丁文件；
tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0.tar.gz为标准tf-a源码包。

解压标准tf-a源码包

linux@ubuntu:$ tar -xvf tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0.tar.gz

解压完成后得到tf-a-stm32mp-2.2.r1目录

 

进入tf-a源码目录下：

linux@ubuntu:$ cd tf-a-stm32mp-2.2.r1

 

将ST官方补丁文件打到tf-a源码中：

linux@ubuntu:$ for p in `ls -1 ../*.patch`; do patch -p1 < $p; done

TF卡分区

要对TF卡进行烧录，需要先将TF接入到ubuntu系统中。

查看TF卡分区

linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*

 

由上图所示只有“/dev/sdb1”一个分区则需要重新进行分区。

首先删除原有分区

linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos

如果显示如下内容，则表示设备已经被挂载，需要卸载掉设备再删除分区。

 

卸载设备

linux@ubuntu:$ umount /dev/sdb1

卸载完成后重新执行删除分区命令

linux@ubuntu:$ sudo parted -s /dev/sdb mklabel msdos

对tf进行重新分区

linux@ubuntu:$ sudo sgdisk --resize-table=128 -a 1 -n 1:34:545 -c 1:fsbl1 -n 2:546:1057 -c 2:fsbl2 -n 3:1058:5153 -c 3:ssbl -n 4:5154:136225 -c 4:bootfs -n 5:136226 -c 5:rootfs -A 4:set:2 -p /dev/sdb -g

 

注意：最后-p /dev/sdb参数中的/dev/sdb需要按照实际ubuntu中的tf节点为准，否则可能发生不可预料的后果。

建立自己的平台

1. 配置工具链

导入交叉编译工具链（如果还未安装SDK可参考《SDK工具链安装》章节进行安装）

linux@ubuntu:$ source /opt/st/stm32mp1/3.1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/environment-setup-cortexa7t2hf-neon-vfpv4-ostl-linux-gnueabi

验证开发工具是否安装正确，显示版本信息如下图所示。

linux@ubuntu:$ $CC --version

 

1. 增加板级相关文件

进入到tf-a源码目录

linux@ubuntu:$ cd ~/FS-MP1A/stm32mp1-openstlinux-5.4-dunfell-mp1-20-06-24/sources/arm-ostl-linux-gnueabi/tf-a-stm32mp-2.2.r1-r0/tf-a-stm32mp-2.2.r1

添加设备树文件

linux@ubuntu:$ cp fdts/stm32mp15xx-dkx.dtsi fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi

linux@ubuntu:$ cp fdts/stm32mp157a-dk1.dts fdts/stm32mp157a-fsmp1a.dts

修改上层目录下的Makefile.sdk编译脚本在TFA_DEVICETREE配置项中添加stm32mp157a-fsmp1a

TFA_DEVICETREE ?= stm32mp157a-fsmp1a stm32mp157a-dk1 stm32mp157d-dk1 stm32mp157c-dk2 stm32mp157f-dk2 stm32mp157c-ed1 stm32mp157f-ed1 stm32mp157a-ev1 stm32mp157c-ev1 stm32mp157d-ev1 stm32mp157f-ev1

修改
fdts/stm32mp157a-fsmp1a.dts将

#include "stm32mp15xx-dkx.dtsi"

修改为

#include "stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi"

1. 编译源码

执行如下指令编译trusted：

linux@ubuntu:$ make -f $PWD/../Makefile.sdk TFA_DEVICETREE=stm32mp157a-fsmp1a TF_A_CONFIG=trusted ELF_DEBUG_ENABLE=\'1\' all

编译成功后，最后显示内容(部分截图)如下：

 

编译完成后会在上级build/trusted目录得到如下文件：

linux@ubuntu:$ ls ../ build/trusted

 

linux@ubuntu:$ cd ../ build/trusted

1. 固件烧写

由于在移植过程中会多次烧写固件并且会导致正常tf-a无法启动，因此推荐使用TF卡启动的方式来验证。

tf-a需要使用trusted 格式的u-boot镜像启动，具体的编译方法可参考《U-boot移植》章节中的“生成Trusted镜像”小节。

将TF接入ubuntu系统后，查看TF卡分区

linux@ubuntu:$ ls /dev/sd*

 

/dev/sdb为TF卡设备。如果该设备下只有/dev/sdb1一个分区则重新分区。

执行如下指令烧写u-boot：

linux@ubuntu:$ sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb1 conv=fdatasync

linux@ubuntu:$ sudo dd if=tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb2 conv=fdatasync

linux@ubuntu:$ sudo dd if=u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32 of=/dev/sdb3 conv=fdatasync

其中前两条命令“
tf-a-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32”为本章节编译得到的，第三条命令中的“u-boot-stm32mp157a-fsmp1a-trusted.stm32”则为《U-boot移植》章节中的“生成Trusted镜像”小节得到。

1. 启动开发板

将拨码开关设置为SD卡启动方式：

Boot mode	BOOT2	BOOT1	BOOT0
Engineering boot	1	0	0
Forced USB bootfor flashing	0	0	0
eMMC	0	1	0
SDCARD	1	0	1

将制作好的TF卡插入开发板，上电后会出现如下错误提示：

 

这个错误产生的原因是电源初始化错误，需重新调整电源相关配置

调整设备树电源配置

由于官方参考板DK1采用电源管理芯片做电源管理，而FS-MP1A采用分离电路作为电源管理，本例需要将文件中原有电源管理芯片相关内容去掉，增加上固定电源相关内容

1. 去掉原有电源管理内容

DK1参考板电源管理芯片挂在I2C4上，而FS-MP1A并未使用I2C4总线，所以直接将I2C4相关内容完全删除即可。

修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件

将文件中i2c4节点相关内容整体删除，删除内容如下：

&i2c4 {

pinctrl-names = "default", "sleep";

pinctrl-0 = <&i2c4_pins_a>;

pinctrl-1 = <&i2c4_pins_sleep_a>;

i2c-scl-rising-time-ns = <185>;

i2c-scl-falling-time-ns = <20>;

clock-frequency = <400000>;

status = " okay";

secure-status = "okay";

/*内容太长此处省略*/

watchdog {

compatible = "st,stpmic1-wdt";

status = "disabled";

};

};

};

修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi文件，删除如下内容：

&cpu0{

cpu-supply = <&vddcore>;

};

&cpu1{

cpu-supply = <&vddcore>;

};

1. 添加固定电源配置

修改fdts/：文件

固定电源配置通常添加在根节点下，在根节点末尾位置添加如下内容(红色字体为需要添加的内容)：

vin: vin {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vin";

regulator-min-microvolt = <5000000>;

regulator-max-microvolt = <5000000>;

regulator-always-on;

};

v3v3: regulator-3p3v {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v3v3";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v1v8_audio: regulator-v1v8-audio {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v1v8_audio";

regulator-min-microvolt = <1800000>;

regulator-max-microvolt = <1800000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v3v3_hdmi: regulator-v3v3-hdmi {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v3v3_hdmi";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

v1v2_hdmi: regulator-v1v2-hdmi {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "v1v2_hdmi";

regulator-min-microvolt = <1200000>;

regulator-max-microvolt = <1200000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

vdd: regulator-vdd {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vdd";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

vdd_usb: regulator-vdd-usb {

compatible = "regulator-fixed";

regulator-name = "vdd_usb";

regulator-min-microvolt = <3300000>;

regulator-max-microvolt = <3300000>;

regulator-always-on;

regulator-boot-on;

};

};

1. 重新编译源码

linux@ubuntu:$ make -f $PWD/../Makefile.sdk TFA_DEVICETREE=stm32mp157a-fsmp1a TF_A_CONFIG=trusted ELF_DEBUG_ENABLE=\'1\' all

1. 烧写后启动

重新烧写后启动现象如下：

 

可以看到现在已经可以启动到u-boot了

eMMC移植

参考原理图可知eMMC使用的是SDMMC2总线，当前所使用的设备树文件中没有SDMMC2的支持，所以需要增加相关内容才能正常驱动eMMC。

 

由于在使STM32MP1芯片很多管脚为多功能复用管脚，且很多管脚具备同样的功能，所以移植eMMC时需要确认硬件设计是使用的是那些管脚，根据原理图确认后管脚对应关系为：

原理图网络编号	对应管脚	管脚功能	管脚功能码
SD2_DATA0	PB14	SDMMC2_D0	AF9
SD2_DATA1	PB15	SDMMC2_D1	AF9
SD2_DATA2	PB3	SDMMC2_D2	AF9
SD2_DATA3	PB4	SDMMC2_D3	AF9
SD2_DATA4	PA8	SDMMC2_D4	AF9
SD2_DATA5	PA9	SDMMC2_D5	AF10
SD2_DATA6	PE5	SDMMC2_D6	AF9
SD2_DATA7	PD3	SDMMC2_D7	AF9
SD2_CLK	PE3	SDMMC2_CK	AF9
SD2_CMD	PG6	SDMMC2_CMD	AF10

1. 管脚定义

在u-boot中STM32MP1默认管脚定义在文件
arch/arm/dts/stm32mp15-pinctrl.dtsi中，查看文件中是否有需要的管脚定义：

查看后确认有SDMMC2的管脚定义，且与FS-MP1A硬件使用情况一致，定义如下：

sdmmc2_b4_pins_a: sdmmc2-b4-0 {

pins1 {

pinmux = <STM32_PINMUX(\'B\', 14, AF9)>, /* SDMMC2_D0 */

<STM32_PINMUX(\'B\', 15, AF9)>, /* SDMMC2_D1 */

<STM32_PINMUX(\'B\', 3, AF9)>, /* SDMMC2_D2 */

<STM32_PINMUX(\'B\', 4, AF9)>, /* SDMMC2_D3 */

<STM32_PINMUX(\'G\', 6, AF10)>; /* SDMMC2_CMD */

slew-rate = <1>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

pins2 {

pinmux = <STM32_PINMUX(\'E\', 3, AF9)>; /* SDMMC2_CK */

slew-rate = <2>;

drive-push-pull;

bias-pull-up;

};

};

1. 增加SDMMC2节点信息

修改
fdts/stm32mp15xx-fsmp1x.dtsi增加SDMMC2的信息

在原有sdmmc1节点下增加sdmmc2的内容，添加内容可参考
arch/arm/dts/stm32mp15xx-edx.dtsi中sdmmc2的写法，内容如下：

&sdmmc2 {

pinctrl-names = "default";

pinctrl-0 = <&sdmmc2_b4_pins_a &sdmmc2_d47_pins_a>;

non-removable;

st,neg-edge;

bus-width = <8>;

vmmc-supply = <&v3v3>;

vqmmc-supply = <&v3v3>;

status = "okay";

};

1. 测试

重新编译烧写后可以通过ums或者scp的方式更新eMMC中的u-boot即可。具体可参考《通过linux更新eMMC中的u-boot》章节。