BL31 초기화와 EL3 runtime 상주

CPU를 새로 켤 때는 BL31의 warm boot 경로를 봅니다

부팅을 마친 BL31은 EL3에 남아 요청을 처리합니다. CPU_ON으로 새 CPU를 시작할 때에는 각 CPU가 BL31 최초 초기화 전체를 다시 수행하는 것이 아니라 플랫폼의 warm boot 경로를 거칩니다. Linux가 넘긴 비보안 entrypoint와 context_id를 새 CPU의 context로 구성한 뒤 커널로 진입합니다.

양쪽 코드를 이어서 읽기

QUESTION

BL31 초기화와 EL3 runtime 상주 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

CALL PATH

실행 흐름

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.

VISUAL WALKTHROUGH

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 Trusted Firmware-A LTS 2.14.3의 bl31/bl31_main.c에서 81-169줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

81	DEFINE_STATIC_PSCI_LIB_ARGS_V1(psci_args, bl31_warm_entrypoint);
82
83	/* PSCI is the only ARM Standard Service implemented */
84	assert(svc_mask == PSCI_FID_MASK);
85
86	return (uintptr_t)&psci_args;
87}
88
89/*******************************************************************************
90 * Simple function to initialise all BL31 helper libraries.
91 ******************************************************************************/
92static void __init bl31_lib_init(void)
93{
94	cm_init();
95}
96
97/*******************************************************************************
98 * BL31 is responsible for setting up the runtime services for the primary cpu
99 * before passing control to the bootloader or an Operating System. This
100 * function calls runtime_svc_init() which initializes all registered runtime
101 * services. The run time services would setup enough context for the core to
102 * switch to the next exception level. When this function returns, the core will
103 * switch to the programmed exception level via an ERET.
104 ******************************************************************************/
105void __no_pauth bl31_main(u_register_t arg0, u_register_t arg1, u_register_t arg2,
106		u_register_t arg3)
107{
108	unsigned int core_pos = plat_my_core_pos();
109
110	/* Enable early console if EARLY_CONSOLE flag is enabled */
111	plat_setup_early_console();
112
113	/* Perform early platform-specific setup */
114	bl31_early_platform_setup2(arg0, arg1, arg2, arg3);
115
116	/* Perform late platform-specific setup */
117	bl31_plat_arch_setup();
118
119#if FEATURE_DETECTION
120	/* Detect if features enabled during compilation are supported by PE. */
121	detect_arch_features(core_pos);
122#endif /* FEATURE_DETECTION */
123
124	/* Prints context_memory allocated for all the security states */
125	report_ctx_memory_usage();
126
127	/* Init registers that never change for the lifetime of the core. */
128	cm_manage_extensions_el3(core_pos);
129
130	/* Init per-world context registers */
131	cm_manage_extensions_per_world();
132
133	NOTICE("BL31: %s\n", build_version_string);
134	NOTICE("BL31: %s\n", build_message);
135
136#if ENABLE_RUNTIME_INSTRUMENTATION
137	PMF_CAPTURE_TIMESTAMP(bl_svc, BL31_ENTRY, PMF_CACHE_MAINT);
138#endif
139
140#ifdef SUPPORT_UNKNOWN_MPID
141	if (unsupported_mpid_flag == 0) {
142		NOTICE("Unsupported MPID detected!\n");
143	}
144#endif
145
146	/* Perform platform setup in BL31 */
147	bl31_platform_setup();
148
149#if USE_DSU_DRIVER
150	dsu_driver_init(&plat_dsu_data);
151#endif
152
153#if USE_GIC_DRIVER
154	/*
155	 * Initialize the GIC driver as well as per-cpu and global interfaces.
156	 * Platform has had an opportunity to initialise specifics.
157	 */
158	gic_init(core_pos);
159	gic_pcpu_init(core_pos);
160	gic_cpuif_enable(core_pos);
161#endif /* USE_GIC_DRIVER */
162
163	/* Initialise helper libraries */
164	bl31_lib_init();
165
166#if EL3_EXCEPTION_HANDLING
167	INFO("BL31: Initialising Exception Handling Framework\n");
168	ehf_init();
169#endif

READING CONTRACT

발췌 범위와 읽기 기준

원문 81-169줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void __no_pauth bl31_main(은 L105에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

BL31은 부팅 후 사라지는 loader가 아니라 EL3에 남아 SMC, PSCI와 world switch를 처리한다. init memory와 runtime memory의 수명을 구분한다.

RELATED SOURCE

함께 읽어야 하는 원본 코드

첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.

78		return -EINVAL;
79	}
80	return 0;
81}
82
83/*******************************************************************************
84 * This function calls the initialisation routine in the descriptor exported by
85 * a runtime service. Once a descriptor has been validated, its start & end
86 * owning entity numbers and the call type are combined to form a unique oen.
87 * The unique oen is used as an index into the 'rt_svc_descs_indices' array.
88 * The index of the runtime service descriptor is stored at this index.
89 ******************************************************************************/
90void __init runtime_svc_init(void)
91{
92	int rc = 0;
93	uint8_t index, start_idx, end_idx;
94	rt_svc_desc_t *rt_svc_descs;
95
96	/* Assert the number of descriptors detected are less than maximum indices */
97	assert((RT_SVC_DESCS_END >= RT_SVC_DESCS_START) &&
98			(RT_SVC_DECS_NUM < MAX_RT_SVCS));
99
100	/* If no runtime services are implemented then simply bail out */
101	if (RT_SVC_DECS_NUM == 0U) {
102		return;
103	}
104	/* Initialise internal variables to invalid state */
105	(void)memset(rt_svc_descs_indices, -1, sizeof(rt_svc_descs_indices));
106
107	rt_svc_descs = (rt_svc_desc_t *) RT_SVC_DESCS_START;
108	for (index = 0U; index < RT_SVC_DECS_NUM; index++) {
109		rt_svc_desc_t *service = &rt_svc_descs[index];
110
111		/*
112		 * An invalid descriptor is an error condition since it is
113		 * difficult to predict the system behaviour in the absence
114		 * of this service.
115		 */
116		rc = validate_rt_svc_desc(service);
117		if (rc != 0) {
118			ERROR("Invalid runtime service descriptor %p\n",
119				(void *) service);
120			panic();
121		}
122
123		/*
124		 * The runtime service may have separate rt_svc_desc_t
125		 * for its fast smc and yielding smc. Since the service itself
126		 * need to be initialized only once, only one of them will have
127		 * an initialisation routine defined. Call the initialisation
128		 * routine for this runtime service, if it is defined.
129		 */
130		if (service->init != NULL) {
131			rc = service->init();
132			if (rc != 0) {
133				ERROR("Error initializing runtime service %s\n",
134						service->name);
135				continue;
136			}
137		}
138
139		/*
140		 * Fill the indices corresponding to the start and end
141		 * owning entity numbers with the index of the
142		 * descriptor which will handle the SMCs for this owning
143		 * entity range.
144		 */
145		start_idx = (uint8_t)get_unique_oen(service->start_oen,
146						    service->call_type);
147		end_idx = (uint8_t)get_unique_oen(service->end_oen,
148						  service->call_type);
149		assert(start_idx <= end_idx);
150		assert(end_idx < MAX_RT_SVCS);
151		for (; start_idx <= end_idx; start_idx++) {
152			rt_svc_descs_indices[start_idx] = index;
153		}
154	}
155}

283	next_image_type = security_state;
284}
285
286static uint32_t bl31_get_next_image_type(void)
287{
288	return next_image_type;
289}
290
291/*******************************************************************************
292 * This function programs EL3 registers and performs other setup to enable entry
293 * into the next image after BL31 at the next ERET.
294 ******************************************************************************/
295void __init bl31_prepare_next_image_entry(void)
296{
297	const entry_point_info_t *next_image_info;
298	uint32_t image_type;
299
300#if CTX_INCLUDE_AARCH32_REGS
301	/*
302	 * Ensure that the build flag to save AArch32 system registers in CPU
303	 * context is not set for AArch64-only platforms.
304	 */
305	if (el_implemented(1) == EL_IMPL_A64ONLY) {
306		ERROR("EL1 supports AArch64-only. Please set build flag "
307				"CTX_INCLUDE_AARCH32_REGS = 0\n");
308		panic();
309	}
310#endif
311
312	/* Determine which image to execute next */
313	image_type = bl31_get_next_image_type();
314
315	/* Program EL3 registers to enable entry into the next EL */
316	next_image_info = bl31_plat_get_next_image_ep_info(image_type);
317	assert(next_image_info != NULL);
318	assert(image_type == GET_SECURITY_STATE(next_image_info->h.attr));
319
320	INFO("BL31: Preparing for EL3 exit to %s world\n",
321		(image_type == SECURE) ? "secure" : "normal");
322	print_entry_point_info(next_image_info);
323	cm_init_my_context(next_image_info);
324
325	/*
326	* If we are entering the Non-secure world, use
327	* 'cm_prepare_el3_exit_ns' to exit.
328	*/
329	if (image_type == NON_SECURE) {
330		cm_prepare_el3_exit_ns();
331	} else {
332		cm_prepare_el3_exit(image_type);
333	}
334}
335
336/*******************************************************************************
337 * This function initializes the pointer to BL32 init function. This is expected
338 * to be called by the SPD after it finishes all its initialization
339 ******************************************************************************/
340void bl31_register_bl32_init(int32_t (*func)(void))
341{
342	bl32_init = func;
343}
344
345#if ENABLE_RME
346/*******************************************************************************
347 * This function initializes the pointer to RMM init function. This is expected
348 * to be called by the RMMD after it finishes all its initialization
349 ******************************************************************************/
350void bl31_register_rmm_init(int32_t (*func)(void))
351{
352	rmm_init = func;
353}
354#endif

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

LAB

직접 확인할 실험

1. 01
   BL31 map에서 init/runtime section 구분

   BL31 early platform 진입 전후에 BL31 image의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

2. 02
   runtime_svc descriptor 개수 출력

   runtime services 진입 전후에 secure/non-secure contexts의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

3. 03
   BL32 유무에 따른 next image 선택 비교

   BL32 init 진입 전후에 runtime service table의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글