前言

  本文使用的工程环境为：CLion、CubeMX、STM32G431
  一个量产产品，出厂时必定会关闭调试接口如SWD、JTAG（如提升RDP等级）以避免重要的程序泄露或被注入漏洞，但出厂后在它的全生命周期中仍有升级程序的需要，这就要求做好bootloader与OTA的工作。

  • BL：固件的完整性校验（CRC32、SHA256哈希），验权（RSA）、A/B分区切换
  • OTA：通过标准通信通道，如UART、BLE、CAN/LIN刷写固件

  仓库地址：https://github.com/Dikle-OvO/BootLoaderTest

基础

XIP机制

  XIP(eXecute In Place，就地执行)，是指CPU可以直接在存储介质如FLASH中取指的技术，这种技术在MCU中比较常见，通用Linux系统（包括内核、BL）几乎不会用到XIP，必须搬运到RAM，除非使用squashfs，XIP模式内核直接挂载读取，否则都要使用ram（Linux的页缓存机制，题外话：写入也有相关的机制，这也是sync命令的作用）

FLASH零等待

  指MCU储存访问的理想状态，特指CPU访问储存介质时无需插入等待周期，通过预取指缓冲实现，接近RAM的运行水平，是XIP模式的天花板。
  反之，若 Flash XIP 是 1 等待，意味着每读取一次指令要多等 1 个时钟周期，480MHz 主频的实际等效性能会降到 240MHz。

无校验跳转

  先从最简单的无校验跳转开始，新建一个led闪烁函数，BL程序函数如下：

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//1.定义APP地址
uint32_t APP_ADDRESS=0x08008000;
typedef void (*pFunction) (void);
void JumpToApplication(void) {
  if (((*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS) & 0x2FFE0000) == 0x20000000) {
    //2.将中断向量长重定向到应用程序地址
    SCB->VTOR=APP_ADDRESS;
    //3.获取应用程序的栈顶地址和复位处理函数地址
    pFunction app_reset_handler =(pFunction) (*(__IO uint32_t*)(APP_ADDRESS + 4));
    __set_MSP(*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS);
    //4.跳转到应用程序
    app_reset_handler();
  }
}

  将BL程序烧录后，修改闪灯频率作为app以表示运行程序的不一样，而后在工程的ld链接文件中，修改Flash的位置为0x08008000（即上述BL配置的APP_ADDRESS），最后修改Keil或者CubeMX Programmer的烧录地址也为APP_ADDRESS即可。

解析

  CPU上电后默认从0地址启动，存储器重映射会根据boot选择将特定的地址映射过去，如用户空间0x0800 0000，BL程序只是判断了一下栈顶地址是否有效（在RAM空间中），有效即跳转，这是个非常简陋的校验。

完整性校验

SHA-256

  SHA-256是 SHA-2 家族的 256 位密码散列函数，由 NSA 设计、NIST 于 2001 年标准化（FIPS PUB 180-2），用于替代存在安全缺陷的 SHA-1，能将任意长度输入转为 256 位（32 字节，64 个十六进制字符）的消息摘要.

CRC

  CRC循环冗余校验是一种基于多项式除法的哈希函数

鉴权

RSA

  RSA非对称加密

综合

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static uint8_t sign_data[256];

bool ota_check_download_signature(void)
{
    int ret = 0;
    bool success = true;
    uint8_t hash[32] = {0};
    const uint8_t cnt = ota_ctx.segment_count;

    for (uint8_t i = 0; i < cnt; ++i) {
        if (BLOCK_TYPE_APP != ota_ctx.data_segments[i].belong_block_type) {
            continue;
        }

        uint32_t addr = ota_get_phy_addr(i);
        ret = mbedtls_sha256((const unsigned char *)addr, ota_ctx.data_segments[i].memory_size, hash, 0);
        if (0 != ret) {
            LOG_ERR("ota data-segment sha256 failed: %d, addr=0x%x, size=0x%x", ret,
                ota_ctx.data_segments[i].memory_addr, ota_ctx.data_segments[i].memory_size);
            success = false;
            break;
        }

        /* check signature block number is valid */
        if (i >= ota_ctx.sign_count) {
            LOG_ERR("ota sign block count failed: %d < %d", i, ota_ctx.sign_count);
            success = false;
            break;
        }

        if (!rsa_signature_verify(ota_ctx.signatures[i], SIGNATURE_DATA_SIZE, hash, sizeof(hash))) {
            LOG_ERR("ota data-segment sign failed: addr=0x%x, size=0x%x",
                ota_ctx.data_segments[i].memory_addr, ota_ctx.data_segments[i].memory_size);
            success = false;
            break;
        }
    }

    return success;
}