Trusted Firmware-A · source analysis

OP-TEE dispatcher와 BL32 최초 진입

BL32 entry parameter로 secure context를 만들고 OP-TEE의 초기 SMC return을 받아 dispatcher state를 완성하는 경로를 읽습니다.

표의 버전은 소스 분석 기준이며 최신 보안 버전 권고가 아닙니다. TF-A LTS 2.14.3 이후에는 보안 수정이 있습니다. 제품 적용 시 공식 변경 기록과 사용 플랫폼의 errata를 확인하세요.

Series
11 / 12
Baseline
LTS 2.14.3
Commit
f5e765a3443f
Source
services/spd/opteed/opteed_main.c:126-214 (발췌 범위)

보조 CPU 시작 때에도 OP-TEE 초기화가 연결됩니다

전통적인 opteed 구성에서는 PSCI CPU 시작 마무리의 svc_on_finish 콜백이 opteed_cpu_on_finish_handler로 연결됩니다. 새 CPU에서 OP-TEE의 cpu_on_entry를 실행해 보안 상태를 준비한 뒤 TF-A로 돌아옵니다. 이후 비보안 Linux의 secondary_entry로 나갑니다. 최초 BL32 초기화와 각 CPU의 이 처리를 구분해야 합니다. FF-A/SPMC 구성은 같은 dispatcher 경로로 단정하지 않습니다.

양쪽 코드를 이어서 읽기

OP-TEE dispatcher와 BL32 최초 진입 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

OP-TEE는 BL31과 같은 EL에서 실행되지 않는다. EL3 dispatcher가 S-EL1 context를 소유하고 Normal World SMC마다 어느 context를 복원하는지 본다.

BL32 entry, SPSR, pageable/DT arguments와 secure stack이 유효해야 하며 초기 진입이 반환된 뒤에만 OP-TEE service를 runtime에 공개해야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.

객체와 주소가 놓이는 구조

그림 1. OP-TEE dispatcher와 BL32 최초 진입에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계
입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과
01optee_context_t
02BL32 entry_point_info
03secure stack/context
04SPD service

optee_context_t / opteed_sp_context를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.

실행 흐름

그림 2. 정상 경로의 주요 호출과 상태 전달
BL32 image info
opteed_setup
secure context init
synchronous BL32 entry
OP-TEE init return

화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.

단계별 입력과 출력

호출 순서를 함수 이름으로만 외우지 않고, 각 단계가 무엇을 받아 무엇을 공개하는지 적은 표다. 실제 소스에서 생산 필드가 다르면 표를 고치는 방식으로 사용한다.

#단계진입 시 신뢰할 상태성공 뒤 남아야 할 상태다음 소비자
01BL32 image infoEL3 SPD initialization contextoptee_context_topteed_setup
02opteed_setupBL32 image info 완료 상태BL32 entry_point_infosecure context init
03secure context initopteed_setup 완료 상태secure stack/contextsynchronous BL32 entry
04synchronous BL32 entrysecure context init 완료 상태SPD serviceOP-TEE init return
05OP-TEE init returnsynchronous BL32 entry 완료 상태SPD service최종 최종 부트로더 이미지 또는 다음 stage

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계의 입력 조건을 처음 어긴 생산 단계부터 조사한다.

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 호출 이름보다 주소, 객체 수명과 handoff 경계를 먼저 볼 수 있도록 구성했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, map과 linker symbol을 대입한다.

그림 3. OP-TEE dispatcher와 BL32 최초 진입의 실행 순서

각 칸은 제어권이 다음 단계로 넘어가기 전에 확정되어야 하는 상태를 나타낸다.

01BL32 image info
02opteed_setup
03secure context init
04synchronous BL32 entry
05OP-TEE init return
그림 4. BL32 image 정보가 OP-TEE secure context가 되는 과정

왼쪽에서 만든 상태를 오른쪽 단계가 처음 사용하는 관계를 표시한다.

01BL32 ep_infoentry·SPSRoptee_context
02BL31 stacksynchronous entryOP-TEE _start
03OP-TEE init SMCreturn protocolSPD initialized
04per-CPU statesecondary initruntime SMC

원본 코드

아래 코드는 Trusted Firmware-A LTS 2.14.3의 services/spd/opteed/opteed_main.c에서 126-214줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commitf5e765a3443fe21154aa908228e75ee2600085f6anchor · L150static int32_t opteed_setup(void)
126
127/*
128 * Registers an interrupt handler for S-EL1 interrupts when generated during
129 * code executing in the non-secure state. Panics if it fails to do so.
130 */
131static void register_opteed_interrupt_handler(void)
132{
133	u_register_t flags;
134	uint64_t rc;
135
136	flags = 0;
137	set_interrupt_rm_flag(flags, NON_SECURE);
138	rc = register_interrupt_type_handler(INTR_TYPE_S_EL1,
139			opteed_sel1_interrupt_handler,
140			flags);
141	if (rc)
142		panic();
143}
144
145/*******************************************************************************
146 * OPTEE Dispatcher setup. The OPTEED finds out the OPTEE entrypoint and type
147 * (aarch32/aarch64) if not already known and initialises the context for entry
148 * into OPTEE for its initialization.
149 ******************************************************************************/
150static int32_t opteed_setup(void)
151{
152#if OPTEE_ALLOW_SMC_LOAD
153	opteed_allow_load = true;
154	INFO("Delaying OP-TEE setup until we receive an SMC call to load it\n");
155	/*
156	 * We must register the interrupt handler now so that the interrupt
157	 * priorities are not changed after starting the linux kernel.
158	 */
159	register_opteed_interrupt_handler();
160	return 0;
161#else
162	entry_point_info_t *optee_ep_info;
163	uint32_t linear_id;
164	uint64_t arg0;
165	uint64_t arg1;
166	uint64_t arg2;
167	uint64_t arg3;
168	struct transfer_list_header __maybe_unused *tl = NULL;
169	struct transfer_list_entry __maybe_unused *te = NULL;
170	void __maybe_unused *dt = NULL;
171
172	linear_id = plat_my_core_pos();
173
174	/*
175	 * Get information about the Secure Payload (BL32) image. Its
176	 * absence is a critical failure.  TODO: Add support to
177	 * conditionally include the SPD service
178	 */
179	optee_ep_info = bl31_plat_get_next_image_ep_info(SECURE);
180	if (!optee_ep_info) {
181		WARN("No OPTEE provided by BL2 boot loader, Booting device"
182			" without OPTEE initialization. SMC`s destined for OPTEE"
183			" will return SMC_UNK\n");
184		return 1;
185	}
186
187	/*
188	 * If there's no valid entry point for SP, we return a non-zero value
189	 * signalling failure initializing the service. We bail out without
190	 * registering any handlers
191	 */
192	if (!optee_ep_info->pc)
193		return 1;
194
195#if TRANSFER_LIST
196	tl = (void *)optee_ep_info->args.arg3;
197
198	if (transfer_list_check_header(tl)) {
199		te = transfer_list_find(tl, TL_TAG_FDT);
200		dt = transfer_list_entry_data(te);
201
202		opteed_rw = GET_RW(optee_ep_info->spsr);
203		if (opteed_rw == OPTEE_AARCH64) {
204			if (optee_ep_info->args.arg1 !=
205			    TRANSFER_LIST_HANDOFF_X1_VALUE(
206				    REGISTER_CONVENTION_VERSION))
207				return 1;
208
209			arg0 = (uint64_t)dt;
210			arg2 = 0;
211		} else {
212			if (optee_ep_info->args.arg1 !=
213			    TRANSFER_LIST_HANDOFF_R1_VALUE(
214				    REGISTER_CONVENTION_VERSION))

발췌 범위와 읽기 기준

원문 126-214줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 static int32_t opteed_setup(void)은 L150에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

OP-TEE는 BL31과 같은 EL에서 실행되지 않는다. EL3 dispatcher가 S-EL1 context를 소유하고 Normal World SMC마다 어느 context를 복원하는지 본다.

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.

01. Normal World SMC와 OP-TEE return을 처리하는 dispatcher

services/spd/opteed/opteed_main.c 596-726줄이다.

fileservices/spd/opteed/opteed_main.canchor · L608static uintptr_t opteed_smc_handler
596	return rc;
597}
598#endif  /* OPTEE_ALLOW_SMC_LOAD */
599
600/*******************************************************************************
601 * This function is responsible for handling all SMCs in the Trusted OS/App
602 * range from the non-secure state as defined in the SMC Calling Convention
603 * Document. It is also responsible for communicating with the Secure
604 * payload to delegate work and return results back to the non-secure
605 * state. Lastly it will also return any information that OPTEE needs to do
606 * the work assigned to it.
607 ******************************************************************************/
608static uintptr_t opteed_smc_handler(uint32_t smc_fid,
609			 u_register_t x1,
610			 u_register_t x2,
611			 u_register_t x3,
612			 u_register_t x4,
613			 void *cookie,
614			 void *handle,
615			 u_register_t flags)
616{
617	cpu_context_t *ns_cpu_context;
618	uint32_t linear_id = plat_my_core_pos();
619	optee_context_t *optee_ctx = &opteed_sp_context[linear_id];
620
621	/*
622	 * Determine which security state this SMC originated from
623	 */
624
625	if (is_caller_non_secure(flags)) {
626#if OPTEE_ALLOW_SMC_LOAD
627		if (opteed_allow_load && smc_fid == NSSMC_OPTEED_CALL_UID) {
628			/* Provide the UUID of the image loading service. */
629			SMC_UUID_RET(handle, optee_image_load_uuid);
630		}
631		if (smc_fid == NSSMC_OPTEED_CALL_LOAD_IMAGE) {
632			/*
633			 * TODO: Consider wiping the code for SMC loading from
634			 * memory after it has been invoked similar to what is
635			 * done under RECLAIM_INIT, but extended to happen
636			 * later.
637			 */
638			if (!opteed_allow_load) {
639				SMC_RET1(handle, -EPERM);
640			}
641
642			opteed_allow_load = false;
643			uint64_t data_size = dual32to64(x1, x2);
644			uint64_t data_pa = dual32to64(x3, x4);
645			if (!data_size || !data_pa) {
646				/*
647				 * This is invoked when the OP-TEE image didn't
648				 * load correctly in the kernel but we want to
649				 * block off loading of it later for security
650				 * reasons.
651				 */
652				SMC_RET1(handle, -EINVAL);
653			}
654			SMC_RET1(handle, opteed_handle_smc_load(
655					data_size, data_pa));
656		}
657#endif  /* OPTEE_ALLOW_SMC_LOAD */
658		/*
659		 * This is a fresh request from the non-secure client.
660		 * The parameters are in x1 and x2. Figure out which
661		 * registers need to be preserved, save the non-secure
662		 * state and send the request to the secure payload.
663		 */
664		assert(handle == cm_get_context(NON_SECURE));
665
666		cm_el1_sysregs_context_save(NON_SECURE);
667
668		/*
669		 * We are done stashing the non-secure context. Ask the
670		 * OP-TEE to do the work now. If we are loading vi an SMC,
671		 * then we also need to init this CPU context if not done
672		 * already.
673		 */
674		if (optee_vector_table == NULL) {
675			SMC_RET1(handle, -EINVAL);
676		}
677
678		if (get_optee_pstate(optee_ctx->state) ==
679		    OPTEE_PSTATE_UNKNOWN) {
680			opteed_cpu_on_finish_handler(0);
681		}
682
683		/*
684		 * Verify if there is a valid context to use, copy the
685		 * operation type and parameters to the secure context
686		 * and jump to the fast smc entry point in the secure
687		 * payload. Entry into S-EL1 will take place upon exit
688		 * from this function.
689		 */
690		assert(&optee_ctx->cpu_ctx == cm_get_context(SECURE));
691
692		/* Set appropriate entry for SMC.
693		 * We expect OPTEE to manage the PSTATE.I and PSTATE.F
694		 * flags as appropriate.
695		 */
696		if (GET_SMC_TYPE(smc_fid) == SMC_TYPE_FAST) {
697			cm_set_elr_el3(SECURE, (uint64_t)
698					&optee_vector_table->fast_smc_entry);
699		} else {
700			cm_set_elr_el3(SECURE, (uint64_t)
701					&optee_vector_table->yield_smc_entry);
702		}
703
704		cm_el1_sysregs_context_restore(SECURE);
705		cm_set_next_eret_context(SECURE);
706
707		write_ctx_reg(get_gpregs_ctx(&optee_ctx->cpu_ctx),
708			      CTX_GPREG_X4,
709			      read_ctx_reg(get_gpregs_ctx(handle),
710					   CTX_GPREG_X4));
711		write_ctx_reg(get_gpregs_ctx(&optee_ctx->cpu_ctx),
712			      CTX_GPREG_X5,
713			      read_ctx_reg(get_gpregs_ctx(handle),
714					   CTX_GPREG_X5));
715		write_ctx_reg(get_gpregs_ctx(&optee_ctx->cpu_ctx),
716			      CTX_GPREG_X6,
717			      read_ctx_reg(get_gpregs_ctx(handle),
718					   CTX_GPREG_X6));
719		/* Propagate hypervisor client ID */
720		write_ctx_reg(get_gpregs_ctx(&optee_ctx->cpu_ctx),
721			      CTX_GPREG_X7,
722			      read_ctx_reg(get_gpregs_ctx(handle),
723					   CTX_GPREG_X7));
724
725		SMC_RET4(&optee_ctx->cpu_ctx, smc_fid, x1, x2, x3);
726	}

02. BL32 entry 정보를 secure OP-TEE context로 변환

services/spd/opteed/opteed_common.c 12-102줄이다.

fileservices/spd/opteed/opteed_common.canchor · L22void opteed_init_optee_ep_state
12#include <lib/el3_runtime/context_mgmt.h>
13#include <lib/utils.h>
14
15#include "opteed_private.h"
16
17/*******************************************************************************
18 * Given a OPTEE entrypoint info pointer, entry point PC, register width,
19 * cpu id & pointer to a context data structure, this function will
20 * initialize OPTEE context and entry point info for OPTEE.
21 ******************************************************************************/
22void opteed_init_optee_ep_state(struct entry_point_info *optee_entry_point,
23				uint32_t rw, uint64_t pc, uint64_t arg0,
24				uint64_t arg1, uint64_t arg2, uint64_t arg3,
25				optee_context_t *optee_ctx)
26{
27	uint32_t ep_attr;
28
29	/* Passing a NULL context is a critical programming error */
30	assert(optee_ctx);
31	assert(optee_entry_point);
32	assert(pc);
33
34	/* Associate this context with the cpu specified */
35	optee_ctx->mpidr = read_mpidr_el1();
36	optee_ctx->state = 0;
37	set_optee_pstate(optee_ctx->state, OPTEE_PSTATE_OFF);
38
39	cm_set_context(&optee_ctx->cpu_ctx, SECURE);
40
41	/* initialise an entrypoint to set up the CPU context */
42	ep_attr = SECURE | EP_ST_ENABLE;
43	if (read_sctlr_el3() & SCTLR_EE_BIT)
44		ep_attr |= EP_EE_BIG;
45	SET_PARAM_HEAD(optee_entry_point, PARAM_EP, VERSION_1, ep_attr);
46	optee_entry_point->pc = pc;
47	if (rw == OPTEE_AARCH64)
48		optee_entry_point->spsr = SPSR_64(MODE_EL1, MODE_SP_ELX,
49						  DISABLE_ALL_EXCEPTIONS);
50	else
51		optee_entry_point->spsr = SPSR_MODE32(MODE32_svc, SPSR_T_ARM,
52						      SPSR_E_LITTLE,
53						      DAIF_FIQ_BIT |
54							DAIF_IRQ_BIT |
55							DAIF_ABT_BIT);
56	zeromem(&optee_entry_point->args, sizeof(optee_entry_point->args));
57	optee_entry_point->args.arg0 = arg0;
58	optee_entry_point->args.arg1 = arg1;
59	optee_entry_point->args.arg2 = arg2;
60	optee_entry_point->args.arg3 = arg3;
61}
62
63/*******************************************************************************
64 * This function takes an OPTEE context pointer and:
65 * 1. Applies the S-EL1 system register context from optee_ctx->cpu_ctx.
66 * 2. Saves the current C runtime state (callee saved registers) on the stack
67 *    frame and saves a reference to this state.
68 * 3. Calls el3_exit() so that the EL3 system and general purpose registers
69 *    from the optee_ctx->cpu_ctx are used to enter the OPTEE image.
70 ******************************************************************************/
71uint64_t opteed_synchronous_sp_entry(optee_context_t *optee_ctx)
72{
73	uint64_t rc;
74
75	assert(optee_ctx != NULL);
76	assert(optee_ctx->c_rt_ctx == 0);
77
78	/* Apply the Secure EL1 system register context and switch to it */
79	assert(cm_get_context(SECURE) == &optee_ctx->cpu_ctx);
80	cm_el1_sysregs_context_restore(SECURE);
81	cm_set_next_eret_context(SECURE);
82
83	rc = opteed_enter_sp(&optee_ctx->c_rt_ctx);
84#if ENABLE_ASSERTIONS
85	optee_ctx->c_rt_ctx = 0;
86#endif
87
88	return rc;
89}
90
91
92/*******************************************************************************
93 * This function takes an OPTEE context pointer and:
94 * 1. Saves the S-EL1 system register context tp optee_ctx->cpu_ctx.
95 * 2. Restores the current C runtime state (callee saved registers) from the
96 *    stack frame using the reference to this state saved in opteed_enter_sp().
97 * 3. It does not need to save any general purpose or EL3 system register state
98 *    as the generic smc entry routine should have saved those.
99 ******************************************************************************/
100void opteed_synchronous_sp_exit(optee_context_t *optee_ctx, uint64_t ret)
101{
102	assert(optee_ctx != NULL);

내부 동작을 더 깊게 읽기

01

진입 조건을 먼저 고정한다

BL32 image info에서 들어온 실행은 EL3 SPD initialization context에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.

OP-TEE는 BL31과 같은 EL에서 실행되지 않는다. EL3 dispatcher가 S-EL1 context를 소유하고 Normal World SMC마다 어느 context를 복원하는지 본다.

02

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 optee_context_t / opteed_sp_context다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.

빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.

03

주소, 크기와 정렬을 계산한다

부트 코드의 오류는 논리보다 주소 계산에서 먼저 드러나는 경우가 많다. source range, destination range, header가 말하는 payload size, block 또는 page 단위를 표로 적고 각 구간의 끝 주소를 직접 계산한다. 끝 주소는 start + size - 1인지 exclusive end인지 API 계약을 확인한다.

04

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

opteed_setup → secure context init → synchronous BL32 entry 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.

다른 CPU, interrupt handler, USB completion 또는 shell command가 상태를 관찰할 수 있다면 memory ordering과 lock 범위도 함께 읽는다.

05

마지막 handoff의 계약을 적는다

정상 경로는 OP-TEE init return에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.

반환하는 경로라면 caller가 오류와 부분 성공을 구분하고 다음 후보 또는 복구 경로를 선택하는지 확인한다.

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

01

BL32 image info에서 OP-TEE init return까지 제어권이 이동하는 조건

BL32 entry parameter로 secure context를 만들고 OP-TEE의 초기 SMC return을 받아 dispatcher state를 완성하는 경로를 읽습니다. 이 경로는 함수 호출 목록만 외워서는 연결되지 않는다. BL32 image info → opteed_setup → secure context init → synchronous BL32 entry → OP-TEE init return 순서에서 각 단계가 읽는 입력, 새로 확정하는 상태, 다음 단계에 넘기는 값을 구분해야 한다. 특히 EL3 SPD initialization context에서는 이전 단계가 남긴 register와 memory attribute가 C 코드의 전제 조건이 된다.

OP-TEE는 BL31과 같은 EL에서 실행되지 않는다. EL3 dispatcher가 S-EL1 context를 소유하고 Normal World SMC마다 어느 context를 복원하는지 본다. 따라서 첫 지점에서 optee_context_t / opteed_sp_context의 주소와 owner를 기록하고, 마지막 지점에서 같은 값이 그대로 유지되는지 아니면 새 객체로 교체되는지를 확인한다. 중간 함수가 성공을 반환해도 BL32 entry, SPSR, pageable/DT arguments와 secure stack이 유효해야 하며 초기 진입이 반환된 뒤에만 OP-TEE service를 runtime에 공개해야 한다.

02

optee_context_t와 SPD service의 생성 시점과 수명

이 글에서 함께 나타나는 객체는 optee_context_t, BL32 entry_point_info, secure stack/context, SPD service이다. 이름이 비슷해도 저장 위치와 수명은 다르다. build-time descriptor인지, boot 단계의 임시 객체인지, world switch 뒤에도 남는 runtime 객체인지 나눠야 pointer를 따라가다 다른 단계의 구조체를 같은 것으로 오해하지 않는다.

optee_context_t / opteed_sp_context을 기준으로 allocation 또는 정적 배치 위치, list/table에 공개되는 시점, 참조가 끊기는 시점을 적는다. 그 다음 source와 destination 범위, per-CPU 여부, secure/non-secure 접근 권한을 map과 runtime log로 대조한다. 이 절차를 거치면 단순한 호출 순서가 아니라 실제 소유권 이동이 보인다.

03

성공 로그만으로 놓치기 쉬운 실패 경계

대표적인 실패 조건은 BL32 SPSR 오류: 최초 ERET fault; 초기 SMC protocol 불일치: dispatcher hang; per-CPU context 미생성: secondary SMC fault이다. 이 문제들은 대개 fault가 발생한 함수보다 앞에서 만들어진 잘못된 주소, size, security state 또는 refcount 때문에 생긴다. 마지막 출력만 보지 말고 각 경계 직전의 상태를 한 줄씩 남겨 최초 불일치 지점을 찾는다.

재현에는 BL32 entry와 OP-TEE _start 주소 대조; init return SMC ID 기록; primary/secondary OP-TEE context 주소 비교를 사용한다. 정상 경로와 실패 경로에서 같은 필드를 같은 위치에 출력하고, 실패가 검증 단계에서 차단되는지 아니면 다음 context까지 전파되는지 비교한다. firmware와 secure world에서는 실패 뒤의 cleanup 또는 reset 경로도 정상 경로만큼 중요하다.

레지스터에서 오류 판정까지 상세 분석

opteed는 OP-TEE 자체가 아니라 BL31 안에서 S-EL1 OP-TEE context를 관리하는 Secure Payload Dispatcher다. 최초 BL32 진입은 runtime SMC forwarding과 다르게 동기 호출로 이루어지며, OP-TEE가 초기화를 마쳤다는 특별한 SMC를 돌려줘야 BL31 초기화 흐름이 계속된다.

분석할 때 BL32 entry_point_info에서 만든 EL3 return state, optee_context_t에 저장되는 secure general/system register, OP-TEE가 사용하는 secure stack, Normal World context를 각각 분리한다. 초기화 반환을 일반 client SMC return과 섞으면 dispatcher state machine이 잘못된다.

그림 5. 이 경로를 통과하는 다섯 개의 진입 계약
01BL32 ep_info.pc

OP-TEE _start의 실제 load address와 일치해야 한다.

02BL32 ep_info.spsr

S-EL1h/AArch64와 mask 상태가 OP-TEE entry 요구와 맞아야 한다.

03x0-x3 boot args

OP-TEE pager/DT/boot-info ABI에 맞는 값이어야 한다.

04secure context slot

현재 CPU의 secure cpu_context_t와 optee_context_t가 연결돼야 한다.

05init return SMC

dispatcher가 기다리는 function ID와 calling convention이어야 한다.

각 계약은 앞 단계가 생산하고 현재 단계가 검증한 뒤 다음 소비자에게 넘기는 상태다. 한 항목이라도 확인되지 않으면 뒤 단계의 fault를 그 지점의 문제로 단정하지 않는다.

진입 레지스터와 메모리 계약

함수 첫 줄에 도달했을 때 이미 참이라고 가정하는 값과, 그 값이 틀렸을 때 영향을 받는 범위를 함께 적었다.

#입력 상태생산자정상 조건확인 이유
01BL32 ep_info.pcBL2 image descriptorOP-TEE _start의 실제 load address와 일치해야 한다.최초 secure ERET의 ELR_EL3가 된다.
02BL32 ep_info.spsrplatform post-load hookS-EL1h/AArch64와 mask 상태가 OP-TEE entry 요구와 맞아야 한다.첫 instruction의 execution mode와 stack 선택을 결정한다.
03x0-x3 boot argsBL32 ep_info argsOP-TEE pager/DT/boot-info ABI에 맞는 값이어야 한다._start가 x19-x22에 보존해 C init에 전달한다.
04secure context slotopteed_init_optee_ep_state현재 CPU의 secure cpu_context_t와 optee_context_t가 연결돼야 한다.초기 진입과 이후 SMC에서 재사용한다.
05init return SMCOP-TEE 초기화 끝dispatcher가 기다리는 function ID와 calling convention이어야 한다.BL31의 synchronous entry frame을 복귀시킨다.

핵심 구조체 필드의 생산자, 소비자와 수명

구조체 이름만 나열하지 않고 어떤 코드가 값을 쓰고, 어느 코드가 처음 읽으며, 언제까지 주소와 내용이 유지되어야 하는지 구분했다.

#객체 또는 필드생산자소비자수명과 불변 조건
01optee_context_topteed context initSMC/interrupt world switchCPU별 secure payload context로 BL31 runtime 동안 유지된다.
02opteed_sp_contextdispatcher global/per-CPU storagesetup와 handlerprimary/secondary context 초기화 상태를 구분한다.
03BL32 entry_point_infoBL2opteed_setup최초 entry state를 secure context에 옮길 때까지 유효하다.
04synchronous entry frameopteed_synchronous_sp_entryinit return handlerBL32가 초기화 SMC로 돌아올 때까지 EL3 stack에 유지된다.
05secure cpu_context_tcontext managementERET/SMC현재 CPU의 S-EL1 system register와 gp_regs를 보존한다.
06OP-TEE boot argumentsBL2/platformOP-TEE _start/init_primary초기 C runtime이 복사하거나 소비할 때까지 주소와 backing memory가 유효해야 한다.

함수 내부 실행 순서

소스의 큰 분기와 side effect를 실행 순서대로 다시 펼쳤다. breakpoint는 이 목록의 경계에 두고, 다음 번호로 넘어갈 때 새로 유효해진 객체를 기록한다.

  1. 01

    BL31이 BL2 parameter에서 BL32 image_info와 entry_point_info를 찾고 존재 여부를 판정한다.

  2. 02

    opteed_setup이 SPD runtime service와 BL32 init callback을 등록한다.

  3. 03

    opteed_init_optee_ep_state가 SPSR, SCR, PC, x0-x3를 secure context에 설치한다.

  4. 04

    현재 CPU의 optee_context_t와 generic context management slot을 연결한다.

  5. 05

    opteed_synchronous_sp_entry가 EL3의 복귀 지점을 저장하고 secure context를 restore한다.

  6. 06

    ERET로 OP-TEE _start에 진입해 relocation, MMU, pager, thread와 service를 초기화한다.

  7. 07

    OP-TEE가 초기화 완료 SMC를 실행하면 EL3 vector가 opteed handler로 dispatch한다.

  8. 08

    handler가 init return ID와 현재 dispatcher state를 확인하고 synchronous frame으로 돌아간다.

  9. 09

    BL31은 BL32를 initialized 상태로 표시하고 BL33 non-secure context 준비를 계속한다.

빌드 설정이 바꾸는 실제 코드 경로

동일한 함수 이름이라도 아래 설정에 따라 포함되는 source, 구조체 크기, 인자 의미와 failure path가 달라진다.

#설정바뀌는 동작확인 방법
01SPD=opteedBL31에 OP-TEE 전용 dispatcher와 service descriptor를 포함한다.bl31 map에서 opteed_setup/handler symbol을 확인한다.
02BL32FIP에 넣을 OP-TEE image path와 ep_info source를 정한다.FIP UUID, image base/size, OP-TEE _start 주소를 비교한다.
03OPTEE_PAGED_IMAGEx0 또는 boot info의 pageable payload 인자 의미가 달라질 수 있다.TF-A platform post-load hook과 OP-TEE build mode를 맞춘다.
04CTX_INCLUDE_*secure context에 저장할 architecture state가 늘어난다.OP-TEE가 사용하는 FP/PAUTH feature와 TF-A context option을 맞춘다.

증상에서 최초 불일치 지점까지 추적하기

마지막 panic 메시지가 아니라 어디에서 멈추고 무엇을 읽어 어떤 결론을 내릴지 정리했다. 정상값과 실패값은 같은 build와 같은 위치에서 비교한다.

#관찰 증상중단 위치기록할 값판정
01BL32 ERET 즉시 synchronous abortopteed entry 직전과 OP-TEE _startELR/SPSR/SCR, x0-x3, first opcodeload 주소, target EL, boot arg 중 어느 계약이 틀렸는지 분리한다.
02OP-TEE banner 뒤 BL31이 멈춤OP-TEE init return SMC와 opteed handlerSMC FID, dispatcher state, sync frame초기화 완료 protocol 불일치를 확인한다.
03첫 client SMC에서 secure context 없음opteed_smc_handlerCPU index, optee_context pointer, initialized flagprimary init state가 runtime context에 공개됐는지 본다.
04secondary CPU SMC만 실패secondary context initper-CPU optee_context와 secure stacksecondary entry/initialization 경로 누락을 찾는다.

객체와 수명

대상만들어지는 시점유효 범위확인할 조건
optee_context_t / opteed_sp_contextopteed_setupOP-TEE init return 또는 오류 정리 완료까지진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadataBL32 image infoparse와 검증이 끝날 때까지길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptorsecure context initsubsystem 종료 또는 image handoff까지이중 등록, dangling pointer, 오류 unwind
hardware 또는 persistent state실제 write/probe가 완료된 뒤reset 또는 명시적 해제·갱신까지flush, timeout, 전원 차단, rollback
최종 부트로더 이미지link/image 생성 시점다음 stage가 새 image로 교체할 때까지load address, entry, section과 header 일치

실패 지점과 증상

#조건관찰되는 증상먼저 볼 단계
01BL32 SPSR 오류최초 ERET faultopteed_setup
02초기 SMC protocol 불일치dispatcher hangsecure context init
03per-CPU context 미생성secondary SMC faultsynchronous BL32 entry

로그가 끊긴 마지막 함수만 고치지 않는다. 그 함수가 받은 주소, size, flag가 만들어진 앞 단계까지 올라가고, 오류 뒤 등록 객체와 hardware 상태가 남았는지도 확인한다.

소스 밖에서 확인할 증거

소스 해석은 실제 빌드 산출물과 target 로그로 닫아야 한다. 아래 명령의 보드 이름과 toolchain prefix는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

#목적명령 또는 계측판정 기준
01빌드 산출물make PLAT=<platform> DEBUG=1 all fipBL1, BL2, BL31과 FIP가 같은 설정으로 만들어졌는지 전체 빌드 명령부터 기록한다.
02FIP 구성tools/fiptool/fiptool info build/<platform>/debug/fip.binFIP 안의 BL31, BL32, BL33 UUID와 offset, 크기를 확인해 실제 적재 입력을 고정한다.
03심볼과 주소${CROSS_COMPILE}nm -n build/<platform>/debug/bl31/bl31.elf | grep 'static int32_t opteed_setup'대상 함수가 BL31의 어느 주소와 섹션에 놓였는지 확인한다.
04EL3 명령 추적${CROSS_COMPILE}objdump -drS build/<platform>/debug/bl31/bl31.elfC 코드가 EL3 system register 접근과 eret 경로로 어떻게 번역됐는지 대조한다.
05실행 시점 증거TF-A DEBUG log + CurrentEL/SCR_EL3/SPSR_EL3/x0-x3 기록어느 exception level에서 어떤 security state와 인자를 다음 이미지에 넘겼는지 serial log로 남긴다.

직접 확인할 실험

  1. 01
    BL32 entry와 OP-TEE _start 주소 대조

    opteed_setup 진입 전후에 optee_context_t의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  2. 02
    init return SMC ID 기록

    secure context init 진입 전후에 BL32 entry_point_info의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  3. 03
    primary/secondary OP-TEE context 주소 비교

    synchronous BL32 entry 진입 전후에 secure stack/context의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

원문과 다음 글