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作者：沈永勝，技術副哩，晶心科技股份有限公司 EDM安全存取是AndesCoreTM內建的功能(option)，應用在安全存取的控管。EDM安全存取有二種的控管方式:debug access indication和EDM access restriction。第一種控管方式(debug access indication)提供了一個sideband signal用于指示從調試器(Debug host)的請求。第二種控管方式， 控制AndesCoreTM的input port(edm_restrict_access )達到EDM存取的限制。更詳細的內容在后續章節會有更深入的介紹。 1. EDM功能介紹 一個debug system包含一個debug host和一個target system。EDM主要的功能就是translate debug host發出的TAP指令來存取系統memory或是CPU。下圖為基本的debug系統方塊圖。 
圖表1 基本的debug系統方塊圖 下圖說明TAP 指令的種類
圖表2 TAP 指令的種類 2. 控制EDM存取的限制 使用EDM的訪問方式會被一個sideband signal (edm_restrict_access) 所影響。當這個signal值是high，僅僅只能對EDM MISC registers做讀取的動作。而想要存取CPU/System Bus/Local Memory的動作將會被封鎖住并且會得到下面的結果： 讀為零寫忽略 不正確的JTAG instruction(JTAG ICE debugger會timeout) 下圖說明EDM限制存取方塊圖。
圖表3 EDM限制存取方塊圖 在啟用存取限制功能后，下圖說明出每個TAP指令的行為。
圖表4 在啟用存取限制功能后，下圖說明出每個TAP指令的行為 如何實現EDM存取限制，在系統設計上有很多種實現方法，以控制edm restrict access的signal。兩種基本的設計方案說明如下： eFUSE方式使用Chip重新編程管理控制 SOC方式使用軟件管理控制 hardware實現控制edm_restrict_access的示意圖如下：
圖表5 hardware實現控制edm_restrict_access的示意圖 software實現控制edm_restrict_access的例子如下： sethi $r2,#0x80000 ori $r2,$r2,#0x8c sethi $r3,#0x04030 ori $r3,$r3,#0x201 swi $r3,[$r2+#0] 3. EDM 存取指示 AndesCoreTM增加一個額外的sideband signal，xdebug_access(active-high)，根據此sideband signal來決定request的host是否為EDM。而device就能根據此sideband signal決定是否要把request的data內容傳回到host。 sideband signal的名稱根據bus interface的類型而有所不同。對于AndesCoreTM處理器，基本的信號名稱如下所示： AHB/AHB-Lite => hdebug_access APB => pdebug_access EILM => eilm_debug_access EDLM => edlm_debug_access 3.1.debug存取識別信號控制 當debug exception發生后，CPU將進入debug mode。然后CPU將會留在debug access mode直到CPU執行到IRET instruction并且trusted_debug_exit 是處于high后CPU將離開debug access mode，反之trusted_debug_exit如果是low，CPU將會保留在debug access mode。 實現控制trusted_debug_exit信號，有二種可供選擇的方式如下： trusted_debug_exit信號總是給high 增加一個權限管理邏輯去控制trusted_debug_exit信號是high或是low權限管理邏輯方塊圖如下所示:
圖表6 權限管理邏輯方塊圖 如何控制trusted_debug_exit信號時序圖如下所示:
圖表7 如何控制trusted_debug_exit信號時序圖 如下例子說明了如何產生trusted_debug_exit控制信號的verilog code： The code example (Verilog) of trusted_debug_exit generation is described below: // //--- Utilize passcode to generate trusted_debug_exit in AHB Bus Controller //* assume zero-wait-state AHB access … parameter AUTH_CODE = 32’h0a0b0c0d; ... always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin if (!hreset_n) begin passcode_reg <= 32'd0; end else if (passcode_wen) begin //debugger enters passcode through debug access passcode_reg <= hwdata[31:0]; end end … //validate passcode to generate trusted_debug_exit assign trusted_debug_exit = (passcode_reg == AUTH_CODE); 3.2.debug存取指示應用 下圖說明AHB bus如何使用hdebug_access和驗證邏輯來防止惡意的debug存取
圖表8 AHB bus如何使用hdebug_access和驗證邏輯來防止惡意的debug存取 如下verilog code說明了如何使用hdebug_access信號： //--- Use hdebug_access to prevent malicious debug access in AHB Bus Controller //* assume zero-wait-state AHB access … parameter IRRELEVANT_DATA = 32’hcafe0001; parameter AUTH_CODE = 32’h01020304; … always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin if (!hreset_n) begin dbg_acc_d1 <= 1'b0; end else begin // data phase indication of debug access dbg_acc_d1 <= hdebug_access; end end ... always @(posedge hclk or negedge hreset_n) begin if (!hreset_n) begin passcode_reg <= 32'd0; end else if (passcode_wen) begin //debugger enters passcode through debug access passcode_reg <= hwdata[31:0]; end end … //validate passcode to check authentication assign auth_check_fail = (passcode_reg != AUTH_CODE); //return irrelevant data if the authentication check of debug access fails assign hrdata_out = {32{data_read_en}} & ((dbg_acc_d1 & auth_check_fail) IRRELEVANT_DATA : normal_data_out); 4. 實際的應用 用戶經由上面的介紹完成了權限管理邏輯后，并且掛在AndesCoreTMAHB bus上，再經由仿真器(Cadence)仿真此權限管理邏輯的行為，如下面幾張圖所示： edm_restrict_access信號控制 下圖說明由sw code把edm_restrict_access signal disable
圖表9 由sw code把edm_restrict_access signal disable trusted_debug_exit信號控制
圖表10 經由debug access把trusted_debug_exit signal設定成high debug_access信號 下圖說明經由debug host來做存取時，debug_access signal會從low變成high
圖表11 經由debug host來做存取時，debug_access signal會從low變成high 下圖說明經由執行IRTE instruction時，debug_access signal會從high變成low
圖表12 經由執行IRTE instruction時，debug_access signal會從high變成low 5. 結語 EDM安全存取是AndesCoreTM保護周邊裝置內容不被竊取的功能，也因為越來越多客戶使用到此功能，所以撰寫此技術文章讓客戶更能進一步了解到此功能的用途，讓客戶能夠很快速的上手，并且使用晶心開發的EDM安全存取是一件愉快與簡單的工作。 |
