为什么DCP硬件引擎做Hash校验偶尔会失败？

2021-05-01 10:00 来源: 嵌入式资讯精选

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是 利用i.MXRT1xxx系列内部DCP引擎计算Hash值时需特别处理L1 D-Cache。

关于i.MXRT1xxx系列内部通用数据协处理器DCP模块，痞子衡之前写过一篇文章《SNVS Master Key仅在i.MXRT10xx Hab关闭时才能用于DCP加解密》介绍了DCP基本功能和AES加解密使用注意事项，实际上DCP模块除了对AES加解密算法支持外，还支持经典的Hash算法（SHA-1/SHA-256/CRC32）。

痞子衡最近支持一个i.MXRT大客户，他们项目里使用了DCP做Hash运算，但会出现概率性Hash校验失败的情况（差不多运行50次，会失败1次），这是什么情况？

一、客户项目基本情况

先介绍下客户基本情况，他们项目使用的主芯片是i.MXRT1062，并且配置了外部串行Flash存储程序代码(XiP)，以及外部SDRAM放置程序数据区（其实主要是做frameBuffer的，但也同时放置了.data段和STACK），项目基于的SDK版本是v2.6.2。

项目中主要调用了 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\middleware\mbedtls\library\sha256.c 中的 mbedtls_sha256 函数，这个函数其实是通过调用 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\middleware\mbedtls\port\ksdk\ksdk_mbedtls.c 里的一系列底层函数mbedtls_sha256_xx 来进一步实现的。

ksdk_mbedtls.c 文件是同时适用Kinetis/LPC/i.MXRT等系列MCU的，不同MCU上硬件引擎不同（比如有LTC/CAAM/CAU3/DCP/HashCrypt）。对于i.MXRT1xxx，硬件引擎就是DCP，这些 mbedtls_sha256_xx 函数主要调用了 SDK 标准驱动 fsl_dcp.c 里的如下函数：

status_tDCP_HASH_Init(DCP_Type *base, dcp_handle_t*handle, dcp_hash_ctx_t*ctx, dcp_hash_algo_talgo) ;

status_tDCP_HASH_Update(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_t*ctx, constuint8_t*input, size_tinputSize) ;

status_tDCP_HASH_Finish(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_t*ctx, uint8_t*output, size_t*outputSize) ;

二、概率性失败情况分析

既然是概率性失败的问题，那大概率和Cache处理有关了，我们需要检查下 fsl_dcp.c 驱动是否很好地处理了Cache。让我们打开 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\dcp 例程先看一下，在 dcp.c 文件的 main 函数里可以看到明显的提醒。如果项目里用到了SDRAM，必须将DCache关掉，说明 dcp 驱动并不支持在DCache使能下运行。但显然这个客户项目用到了SDRAM，后来跟客户确认，他们DCache一直是使能的，这显然是有问题的。

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intmain( void)

{

dcp_config_tdcpConfig;

/* Init hardware*/

BOARD_ConfigMPU;

BOARD_InitPins;

BOARD_BootClockRUN;

BOARD_InitDebugConsole;

/* Data cache must be temporarily disabled to be able to use sdram */

SCB_DisableDCache;

...

让我们再次回到SDK版本，在恩智浦SDK下载主页可以看到所有i.MXRT1060 SDK历史版本，v2.6.2是2019年7月发布的（这个版本里的dcp驱动版本是v2.1.1），是的，这个客户算是i.MXRT早期客户了。而现在最新的SDK版本已经是v2.9.3（dcp驱动已经升级到v2.1.6），时间快过去两年了，客户并没有实时更新SDK版本。

早期的 dcp 驱动没有处理DCache，所以其必须在 DCache 关掉的情况下才能正常工作。从v2.1.5开始增加了对 DCache 的处理，这样 dcp 驱动就可以在 DCache 使能的情况下正常工作了。

三、DCP驱动里是如何处理DCache的？

现在让我们在SDK标准驱动 fsl_dcp.c 中看一下它到底是怎么增加对DCache处理的。

3.1 DCP上下文buffer设置

使用 dcp 驱动的第一步是DCP模块初始化，即DCP_Init函数，这个函数会在DCP->CTRL寄存器里将模块全部的四通道都使能以及将上下文(Context)的缓存和通道自切换功能也都开启，其中关于上下文切换有一个重要的私有全局变量 s_dcpContextSwitchingBuffer，这个变量被放置到了NON-CACHE区域（驱动改进处一）。下述DCP->CONTEXT寄存器就是用来存储 s_dcpContextSwitchingBuffer 地址的。

AT_NONCACHEABLE_SECTION_INIT( staticdcp_context_ts_dcpContextSwitchingBuffer);

voidDCP_Init(DCP_Type *base, constdcp_config_t*config)

{

// 代码省略...

/* use context switching buffer */

base->CONTEXT = ( uint32_t)&s_dcpContextSwitchingBuffer;

}

3.2 DCP用户数据in/out buffer设置

DCP 模块初始化完成后，就是调用 dcp 驱动里的DCP_HASH函数进行Hash运算，这个函数参数里有两个用户Buffer，一个Input Buffer存放待计算的消息数据，另一个Output Buffer存放计算好的Hash值（SHA256是32bytes），这两个Buffer最好由用户处理放置在NON-CACHE区。

/* Input data for DCP like input and output should be handled properly

* when DCACHE is used (e.g. Clean&Invalidate, use non-cached memory)

AT_NONCACHEABLE_SECTION( staticuint8_ts_outputSha256[ 32]);

status_tcalc_sha256( constuint8_t*messageBuf, uint32_tmessageLen)

{

size_toutLength = sizeof(s_outputSha256);

dcp_handle_tm_handle;

m_handle.channel = kDCP_Channel0;

m_handle.keySlot = kDCP_KeySlot0;

m_handle.swapConfig = kDCP_NoSwap;

memset(&s_outputSha256, 0, outLength);

returnDCP_HASH(DCP, &m_handle, kDCP_Sha256, messageBuf, messageLen, s_outputSha256, &outLength);

}

3.3 DCP_HASH相关代码中DCache处理

DCP_HASH函数运行过程中会一直用到一个非常关键的内部结构体 dcp_hash_ctx_internal_t，这个结构体大小为47 Words（包含128byte的待计算消息数据块blk、32bytes实时计算结果runningHash、及其他辅助变量成员）。

/*! internal dcp_hash context structure */

typedefstruct_ dcp_hash_ctx_internal

{

dcp_hash_block_tblk; /*!< memory buffer. only full blocks are written to DCP during hash updates */

size_tblksz; /*!< number of valid bytes in memory buffer */

dcp_hash_algo_talgo; /*!< selected algorithm from the set of supported algorithms */

dcp_hash_algo_state_tstate; /*!< finite machine state of the hash software process */

uint32_tfullMessageSize; /*!< track message size */

uint32_tctrl0; /*!< HASH_INIT and HASH_TERM flags */

uint32_trunningHash[ 9]; /*!< running hash. up to SHA-256 plus size, that is 36 bytes. */

dcp_handle_t*handle;

} dcp_hash_ctx_internal_t;

dcp 驱动直接定义了 dcp_hash_ctx_t 型局部变量hashCtx，hashCtx空间后续会被用作dcp_hash_ctx_internal_t。旧版本里DCP_HASH_CTX_SIZE值为58，新版本增加到64，这是为了后续L1DCACHE的LINE对齐（驱动改进处二）。

/*! @brief DCP HASH Context size. */

# defineDCP_HASH_CTX_SIZE 64

/*! @brief Storage type used to save hash context. */

typedefstruct_ dcp_hash_ctx_t

{

uint32_tx[DCP_HASH_CTX_SIZE];

} dcp_hash_ctx_t;

status_tDCP_HASH(DCP_Type *base, dcp_handle_t*handle, dcp_hash_algo_talgo, constuint8_t*input, size_tinputSize, uint8_t*output, size_t*outputSize)

{

dcp_hash_ctx_thashCtx = { 0};

status_tstatus;

status = DCP_HASH_Init(base, handle, &hashCtx, algo);

status = DCP_HASH_Update(base, &hashCtx, input, inputSize);

status = DCP_HASH_Finish(base, &hashCtx, output, outputSize);

// ...

}

status_tDCP_HASH_Init/Update/Finish(...， dcp_hash_ctx_t*ctx，...)

{

dcp_hash_ctx_internal_t*ctxInternal;

/* Align structure on DCACHE line*/

# ifdefined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)

ctxInternal = ( dcp_hash_ctx_internal_t*)( uint32_t)(( uint8_t*)ctx + FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE);

# else

ctxInternal = ( dcp_hash_ctx_internal_t*)( uint32_t)ctx;

# endif

// 代码省略...

}

DCP_HASH函数中启动DCP引擎去计算消息块数据前，都会调用 DCACHE_InvalidateByRange 函数对 ctxInternal 所占空间做清理（驱动改进处三）。启动DCP引擎工作一次的函数是dcp_hash_update，这个函数会利用 dcp_work_packet_t 型结构体变量，对于这个结构，代码中也同样做了L1DCACHE对齐处理（驱动改进处四）：

/*! @brief DCP's work packet. */

typedefstruct_ dcp_work_packet

{

uint32_tnextCmdAddress;

uint32_tcontrol0;

uint32_tcontrol1;

uint32_tsourceBufferAddress;

uint32_tdestinationBufferAddress;

uint32_tbufferSize;

uint32_tpayloadPointer;

uint32_tstatus;

} dcp_work_packet_t;

# ifdefined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)

staticinlineuint32_t* DCP_FindCacheLine( uint8_t*dcpWorkExt)

{

while( 0U!= (( uint32_t)dcpWorkExt & (( uint32_t)FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE - 1U)))

{

dcpWorkExt++;

}

return( uint32_t*)( uint32_t)dcpWorkExt;

}

# endif

staticstatus_tdcp_hash_update(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_internal_t*ctxInternal, constuint8_t*msg, size_tsize)

{

status_tcompletionStatus = kStatus_Fail;

/* Use extended DCACHE line size aligned structure */

# ifdefined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)

dcp_work_packet_t*dcpWork;

uint8_tdcpWorkExt[ sizeof( dcp_work_packet_t) + FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE] = { 0U};

dcpWork = ( dcp_work_packet_t*)( uint32_t)DCP_FindCacheLine(dcpWorkExt);

# else

dcp_work_packet_tdcpWorkPacket = { 0};

dcp_work_packet_t*dcpWork = &dcpWorkPacket;

# endif

{

completionStatus = dcp_hash_update_non_blocking(base, ctxInternal, dcpWork, msg, size);

} while(completionStatus == ( int32_t)kStatus_DCP_Again);

completionStatus = DCP_WaitForChannelComplete(base, ctxInternal->handle);

ctxInternal->ctrl0 = 0;

return(completionStatus);

}

至此，利用i.MXRT1xxx系列内部DCP引擎计算Hash值时需特别处理L1 D-Cache痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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