OP-TEE OS · source analysis

OP-TEE AArch64 _start와 TF-A 인자

BL31의 secure ERET가 OP-TEE _start로 들어온 뒤 relocation, BSS, MMU와 primary/secondary 경로를 준비하는 assembly를 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
02 / 12
Baseline
4.10.0
Commit
753afbbee168
Source
core/arch/arm/kernel/entry_a64.S:141-229 (발췌 범위)

OP-TEE AArch64 _start와 TF-A 인자 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

TF-A가 넘긴 x0-x3, 현재 EL, MMU/cache 상태와 load address를 첫 명령부터 추적한다. pageable image를 복사하는 구간과 아직 참조할 수 없는 전역도 구분한다.

C 함수 진입 전 stack, BSS, relocation destination과 vector base가 유효하고 TF-A가 넘긴 pageable/FDT 인자가 보존되어야 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 AArch64 _start와 TF-A 인자에서 입력, 내부 상태, 출력의 경계
입력과 전제내부 상태외부로 공개되는 결과
01secure load address
02boot arguments
03init stack
04identity map/vector

_start / boot arguments / early stack를 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
BL31 ERET
_start
boot args preserve
relocate/BSS
MMU enable
C init

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

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

#단계진입 시 신뢰할 상태성공 뒤 남아야 할 상태다음 소비자
01BL31 ERETS-EL1 early assembly contextsecure load address_start
02_startBL31 ERET 완료 상태boot argumentsboot args preserve
03boot args preserve_start 완료 상태init stackrelocate/BSS
04relocate/BSSboot args preserve 완료 상태identity map/vectorMMU enable
05MMU enablerelocate/BSS 완료 상태identity map/vectorC init
06C initMMU enable 완료 상태identity map/vector이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드

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

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.

그림 3. OP-TEE AArch64 _start와 TF-A 인자의 실행 순서

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

01BL31 ERET
02_start
03boot args preserve
04relocate/BSS
05MMU enable
06C init
그림 4. TF-A BL32 인자와 OP-TEE 초기 사용 지점

왼쪽에서 만든 상태를 오른쪽 단계가 처음 사용하는 관계를 표시한다.

01x0pageable partinit_primary
02x1unused/platform argentry contract
03x2FDT/boot dataplatform init
04PC/SPSRS-EL1 entry_start

원본 코드

아래 코드는 OP-TEE OS 4.10.0의 core/arch/arm/kernel/entry_a64.S에서 141-229줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

commit753afbbee1682f5d16fd30e87b31058a4fd4f4b8anchor · L165FUNC _start , :
141
142	.macro init_pauth_secondary_cpu
143		msr	spsel, #1
144		ldp	x0, x1, [sp, #THREAD_CORE_LOCAL_KEYS]
145		msr	spsel, #0
146		write_apiakeyhi x0
147		write_apiakeylo x1
148		mrs	x0, sctlr_el1
149		orr	x0, x0, #SCTLR_ENIA
150		msr	sctlr_el1, x0
151		isb
152	.endm
153
154	.macro init_pan
155		read_feat_pan x0
156		cmp	x0, #0
157		b.eq	1f
158		mrs	x0, sctlr_el1
159		bic	x0, x0, #SCTLR_SPAN
160		msr	sctlr_el1, x0
161		write_pan_enable
162	1:
163	.endm
164
165FUNC _start , :
166	/*
167	 * Temporary copy of boot argument registers, will be passed to
168	 * boot_save_args() further down.
169	 */
170	mov	x19, x0
171	mov	x20, x1
172	mov	x21, x2
173	mov	x22, x3
174
175	adr	x0, reset_vect_table
176	msr	vbar_el1, x0
177	isb
178
179#ifdef CFG_PAN
180	init_pan
181#endif
182
183	set_sctlr_el1
184	isb
185
186#ifdef CFG_WITH_PAGER
187	/*
188	 * Move init code into correct location and move hashes to a
189	 * temporary safe location until the heap is initialized.
190	 *
191	 * The binary is built as:
192	 * [Pager code, rodata and data] : In correct location
193	 * [Init code and rodata] : Should be copied to __init_start
194	 * [struct boot_embdata + data] : Should be saved before
195	 * initializing pager, first uint32_t tells the length of the data
196	 */
197	adr	x0, __init_start	/* dst */
198	adr	x1, __data_end		/* src */
199	adr	x2, __init_end
200	sub	x2, x2, x0		/* init len */
201	ldr	w4, [x1, x2]		/* length of hashes etc */
202	add	x2, x2, x4		/* length of init and hashes etc */
203	/* Copy backwards (as memmove) in case we're overlapping */
204	add	x0, x0, x2		/* __init_start + len */
205	add	x1, x1, x2		/* __data_end + len */
206	adr_l	x3, boot_cached_mem_end
207	str	x0, [x3]
208	adr	x2, __init_start
209copy_init:
210	ldp	x3, x4, [x1, #-16]!
211	stp	x3, x4, [x0, #-16]!
212	cmp	x0, x2
213	b.gt	copy_init
214#else
215	/*
216	 * The binary is built as:
217	 * [Core, rodata and data] : In correct location
218	 * [struct boot_embdata + data] : Should be moved to right before
219	 * __vcore_free_end, the first uint32_t tells the length of the
220	 * struct + data
221	 */
222	adr_l	x1, __data_end		/* src */
223	ldr	w2, [x1]		/* struct boot_embdata::total_len */
224	/* dst */
225	adr_l	x0, __vcore_free_end
226	sub	x0, x0, x2
227	/* round down to beginning of page */
228	bic	x0, x0, #(SMALL_PAGE_SIZE - 1)
229	adr_l	x3, boot_embdata_ptr

발췌 범위와 읽기 기준

원문 141-229줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 FUNC _start , :은 L165에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

TF-A가 넘긴 x0-x3, 현재 EL, MMU/cache 상태와 load address를 첫 명령부터 추적한다. pageable image를 복사하는 구간과 아직 참조할 수 없는 전역도 구분한다.

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. assembly 초기화 뒤 호출되는 primary C 초기화

core/arch/arm/kernel/boot.c 871-993줄이다.

filecore/arch/arm/kernel/boot.canchor · L883static void init_primary(unsigned long pageable_part)
871}
872
873static bool add_padding_to_pool(vaddr_t va, size_t len, void *ptr __unused)
874{
875#ifdef CFG_NS_VIRTUALIZATION
876	nex_malloc_add_pool((void *)va, len);
877#else
878	malloc_add_pool((void *)va, len);
879#endif
880	return true;
881}
882
883static void init_primary(unsigned long pageable_part)
884{
885	vaddr_t va = 0;
886
887	/*
888	 * Mask asynchronous exceptions before switch to the thread vector
889	 * as the thread handler requires those to be masked while
890	 * executing with the temporary stack. The thread subsystem also
891	 * asserts that the foreign interrupts are blocked when using most of
892	 * its functions.
893	 */
894	thread_set_exceptions(THREAD_EXCP_ALL);
895	primary_save_cntfrq();
896	init_vfp_sec();
897
898	if (IS_ENABLED(CFG_CRYPTO_WITH_CE))
899		check_crypto_extensions();
900
901	init_asan();
902
903	/*
904	 * By default whole OP-TEE uses malloc, so we need to initialize
905	 * it early. But, when virtualization is enabled, malloc is used
906	 * only by TEE runtime, so malloc should be initialized later, for
907	 * every virtual partition separately. Core code uses nex_malloc
908	 * instead.
909	 */
910#ifdef CFG_WITH_PAGER
911	/* Add heap2 first as heap1 may be too small as initial bget pool */
912	malloc_add_pool(__heap2_start, __heap2_end - __heap2_start);
913#endif
914#ifdef CFG_NS_VIRTUALIZATION
915	nex_malloc_add_pool(__nex_heap_start, __nex_heap_end -
916					      __nex_heap_start);
917#else
918	malloc_add_pool(__heap1_start, __heap1_end - __heap1_start);
919#endif
920	IMSG_RAW("\n");
921	if (IS_ENABLED(CFG_DYN_CONFIG)) {
922		size_t sz = sizeof(struct thread_core_local) *
923			    CFG_TEE_CORE_NB_CORE;
924		void *p = boot_mem_alloc(sz, alignof(void *) * 2);
925
926#ifdef CFG_NS_VIRTUALIZATION
927		nex_malloc_add_pool(p, sz);
928#else
929		malloc_add_pool(p, sz);
930#endif
931	}
932
933	core_mmu_save_mem_map();
934	core_mmu_init_phys_mem();
935	boot_mem_foreach_padding(add_padding_to_pool, NULL);
936	va = boot_mem_release_unused();
937	if (!IS_ENABLED(CFG_WITH_PAGER)) {
938		/*
939		 * We must update boot_cached_mem_end to reflect the memory
940		 * just unmapped by boot_mem_release_unused().
941		 */
942		assert(va && va <= boot_cached_mem_end);
943		boot_cached_mem_end = va;
944	}
945
946	if (IS_ENABLED(CFG_DYN_CONFIG)) {
947		/*
948		 * This is needed to enable virt_page_alloc() now that
949		 * boot_mem_alloc() can't be used any longer.
950		 */
951		if (IS_ENABLED(CFG_NS_VIRTUALIZATION))
952			nex_page_alloc_init();
953		else
954			page_alloc_init();
955	}
956
957	if (IS_ENABLED(CFG_WITH_PAGER)) {
958		/*
959		 * Pager: init_runtime() calls thread_kernel_enable_vfp()
960		 * so we must set a current thread right now to avoid a
961		 * chicken-and-egg problem (thread_init_boot_thread() sets
962		 * the current thread but needs things set by
963		 * init_runtime()).
964		 */
965		thread_get_core_local()->curr_thread = 0;
966		init_pager_runtime(pageable_part);
967	}
968
969	/* Initialize canaries around the stacks */
970	thread_init_canaries();
971	thread_init_per_cpu();
972}
973
974static bool cpu_nmfi_enabled(void)
975{
976#if defined(ARM32)
977	return read_sctlr() & SCTLR_NMFI;
978#else
979	/* Note: ARM64 does not feature non-maskable FIQ support. */
980	return false;
981#endif
982}
983
984/*
985 * Note: this function is weak just to make it possible to exclude it from
986 * the unpaged area.
987 */
988void __weak boot_init_primary_late(unsigned long fdt __unused,
989				   unsigned long manifest __unused)
990{
991	size_t fdt_size = CFG_DTB_MAX_SIZE;
992
993	if (IS_ENABLED(CFG_TRANSFER_LIST) && mapped_tl) {

02. pageable image를 검증하고 pager runtime을 구성

core/arch/arm/kernel/boot.c 464-646줄이다.

filecore/arch/arm/kernel/boot.canchor · L476static void init_pager_runtime(unsigned long pageable_part)
464#ifdef CFG_CORE_ASLR
465	unsigned int reloc_offs = (vaddr_t)__pageable_start - VCORE_START_VA;
466	const struct boot_embdata *embdata = (const void *)__init_end;
467	const void *reloc = __init_end + embdata->reloc_offset;
468
469	return fobj_ro_reloc_paged_alloc(num_pages, hashes, reloc_offs,
470					 reloc, embdata->reloc_len, store);
471#else
472	return fobj_ro_paged_alloc(num_pages, hashes, store);
473#endif
474}
475
476static void init_pager_runtime(unsigned long pageable_part)
477{
478	size_t n;
479	size_t init_size = (size_t)(__init_end - __init_start);
480	size_t pageable_start = (size_t)__pageable_start;
481	size_t pageable_end = (size_t)__pageable_end;
482	size_t pageable_size = pageable_end - pageable_start;
483	vaddr_t tzsram_end = TZSRAM_BASE + TZSRAM_SIZE - TEE_LOAD_ADDR +
484			     VCORE_START_VA;
485	size_t hash_size = (pageable_size / SMALL_PAGE_SIZE) *
486			   TEE_SHA256_HASH_SIZE;
487	const struct boot_embdata *embdata = (const void *)__init_end;
488	const void *tmp_hashes = NULL;
489	tee_mm_entry_t *mm = NULL;
490	struct fobj *fobj = NULL;
491	uint8_t *paged_store = NULL;
492	uint8_t *hashes = NULL;
493
494	assert(pageable_size % SMALL_PAGE_SIZE == 0);
495	assert(embdata->total_len >= embdata->hashes_offset +
496				     embdata->hashes_len);
497	assert(hash_size == embdata->hashes_len);
498
499	tmp_hashes = __init_end + embdata->hashes_offset;
500
501	/*
502	 * This needs to be initialized early to support address lookup
503	 * in MEM_AREA_TEE_RAM
504	 */
505	tee_pager_early_init();
506
507	hashes = malloc(hash_size);
508	IMSG_RAW("\n");
509	IMSG("Pager is enabled. Hashes: %zu bytes", hash_size);
510	assert(hashes);
511	asan_memcpy_unchecked(hashes, tmp_hashes, hash_size);
512
513	/*
514	 * The pager is about the be enabled below, eventual temporary boot
515	 * memory allocation must be removed now.
516	 */
517	boot_mem_release_tmp_alloc();
518
519	carve_out_asan_mem();
520
521	mm = nex_phys_mem_ta_alloc(pageable_size);
522	assert(mm);
523	paged_store = phys_to_virt(tee_mm_get_smem(mm),
524				   MEM_AREA_SEC_RAM_OVERALL, pageable_size);
525	/*
526	 * Load pageable part in the dedicated allocated area:
527	 * - Move pageable non-init part into pageable area. Note bootloader
528	 *   may have loaded it anywhere in TA RAM hence use memmove().
529	 * - Copy pageable init part from current location into pageable area.
530	 */
531	memmove(paged_store + init_size,
532		phys_to_virt(pageable_part,
533			     core_mmu_get_type_by_pa(pageable_part),
534			     __pageable_part_end - __pageable_part_start),
535		__pageable_part_end - __pageable_part_start);
536	asan_memcpy_unchecked(paged_store, __init_start, init_size);
537	/*
538	 * Undo eventual relocation for the init part so the hash checks
539	 * can pass.
540	 */
541	undo_init_relocation(paged_store);
542
543	/* Check that hashes of what's in pageable area is OK */
544	DMSG("Checking hashes of pageable area");
545	for (n = 0; (n * SMALL_PAGE_SIZE) < pageable_size; n++) {
546		const uint8_t *hash = hashes + n * TEE_SHA256_HASH_SIZE;
547		const uint8_t *page = paged_store + n * SMALL_PAGE_SIZE;
548		TEE_Result res;
549
550		DMSG("hash pg_idx %zu hash %p page %p", n, hash, page);
551		res = hash_sha256_check(hash, page, SMALL_PAGE_SIZE);
552		if (res != TEE_SUCCESS) {
553			EMSG("Hash failed for page %zu at %p: res 0x%x",
554			     n, (void *)page, res);
555			panic();
556		}
557	}
558
559	/*
560	 * Assert prepaged init sections are page aligned so that nothing
561	 * trails uninited at the end of the premapped init area.
562	 */
563	assert(!(init_size & SMALL_PAGE_MASK));
564
565	/*
566	 * Initialize the virtual memory pool used for main_mmu_l2_ttb which
567	 * is supplied to tee_pager_init() below.
568	 */
569	init_virt_pool(&core_virt_mem_pool);
570
571	/*
572	 * Assign alias area for pager end of the small page block the rest
573	 * of the binary is loaded into. We're taking more than needed, but
574	 * we're guaranteed to not need more than the physical amount of
575	 * TZSRAM.
576	 */
577	mm = tee_mm_alloc2(&core_virt_mem_pool,
578			   (vaddr_t)core_virt_mem_pool.lo +
579			   core_virt_mem_pool.size - TZSRAM_SIZE,
580			   TZSRAM_SIZE);
581	assert(mm);
582	tee_pager_set_alias_area(mm);
583
584	/*
585	 * Claim virtual memory which isn't paged.
586	 * Linear memory (flat map core memory) ends there.
587	 */
588	mm = tee_mm_alloc2(&core_virt_mem_pool, VCORE_UNPG_RX_PA,
589			   (vaddr_t)(__pageable_start - VCORE_UNPG_RX_PA));
590	assert(mm);
591
592	/*
593	 * Allocate virtual memory for the pageable area and let the pager
594	 * take charge of all the pages already assigned to that memory.
595	 */
596	mm = tee_mm_alloc2(&core_virt_mem_pool, (vaddr_t)__pageable_start,
597			   pageable_size);
598	assert(mm);
599	fobj = ro_paged_alloc(mm, hashes, paged_store);
600	assert(fobj);
601	tee_pager_add_core_region(tee_mm_get_smem(mm), PAGED_REGION_TYPE_RO,
602				  fobj);
603	fobj_put(fobj);
604
605	tee_pager_add_pages(pageable_start, init_size / SMALL_PAGE_SIZE, false);
606	tee_pager_add_pages(pageable_start + init_size,
607			    (pageable_size - init_size) / SMALL_PAGE_SIZE,
608			    true);
609	if (pageable_end < tzsram_end)
610		tee_pager_add_pages(pageable_end, (tzsram_end - pageable_end) /
611						   SMALL_PAGE_SIZE, true);
612
613	/*
614	 * There may be physical pages in TZSRAM before the core load address.
615	 * These pages can be added to the physical pages pool of the pager.
616	 * This setup may happen when a the secure bootloader runs in TZRAM
617	 * and its memory can be reused by OP-TEE once boot stages complete.
618	 */
619	tee_pager_add_pages(core_virt_mem_pool.lo,
620			    (VCORE_UNPG_RX_PA - core_virt_mem_pool.lo) /
621				SMALL_PAGE_SIZE,
622			    true);
623
624	print_pager_pool_size();
625}
626#else /*!CFG_WITH_PAGER*/
627static void init_pager_runtime(unsigned long pageable_part __unused)
628{
629}
630#endif
631
632#if defined(CFG_DT)
633static int add_optee_dt_node(struct dt_descriptor *dt)
634{
635	int offs;
636	int ret;
637
638	if (fdt_path_offset(dt->blob, "/firmware/optee") >= 0) {
639		DMSG("OP-TEE Device Tree node already exists!");
640		return 0;
641	}
642
643	offs = fdt_path_offset(dt->blob, "/firmware");
644	if (offs < 0) {
645		offs = add_dt_path_subnode(dt, "/", "firmware");
646		if (offs < 0)

내부 동작을 더 깊게 읽기

01

진입 조건을 먼저 고정한다

BL31 ERET에서 들어온 실행은 S-EL1 early assembly 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.

TF-A가 넘긴 x0-x3, 현재 EL, MMU/cache 상태와 load address를 첫 명령부터 추적한다. pageable image를 복사하는 구간과 아직 참조할 수 없는 전역도 구분한다.

02

중심 객체의 생성과 공개를 나눈다

이 글의 중심 객체는 _start / boot arguments / early stack다. 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 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.

04

성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다

_start → boot args preserve → relocate/BSS → MMU enable 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, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.

05

제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다

정상 경로는 C init에서 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.

호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

01

BL31 ERET에서 C init까지 제어권이 이동하는 조건

BL31의 secure ERET가 OP-TEE _start로 들어온 뒤 relocation, BSS, MMU와 primary/secondary 경로를 준비하는 assembly를 읽습니다. 이 경로는 함수 호출 목록만 외워서는 연결되지 않는다. BL31 ERET → _start → boot args preserve → relocate/BSS → MMU enable → C init 순서에서 각 단계가 읽는 입력, 새로 확정하는 상태, 다음 단계에 넘기는 값을 구분해야 한다. 특히 S-EL1 early assembly context에서는 이전 단계가 남긴 register와 memory attribute가 C 코드의 전제 조건이 된다.

TF-A가 넘긴 x0-x3, 현재 EL, MMU/cache 상태와 load address를 첫 명령부터 추적한다. pageable image를 복사하는 구간과 아직 참조할 수 없는 전역도 구분한다. 따라서 첫 지점에서 _start / boot arguments / early stack의 주소와 owner를 기록하고, 마지막 지점에서 같은 값이 그대로 유지되는지 아니면 새 객체로 교체되는지를 확인한다. 중간 함수가 성공을 반환해도 C 함수 진입 전 stack, BSS, relocation destination과 vector base가 유효하고 TF-A가 넘긴 pageable/FDT 인자가 보존되어야 한다.

02

secure load address와 identity map/vector의 생성 시점과 수명

이 글에서 함께 나타나는 객체는 secure load address, boot arguments, init stack, identity map/vector이다. 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.

_start / boot arguments / early stack을 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 오류

대표적인 실패 조건은 잘못된 load address: relocation self-overlap; BSS 범위 오류: boot arg 손상; CurrentEL 불일치: system register trap이다. 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 _start에서 x0-x3/SP/CurrentEL 기록; tee.elf symbol과 runtime PC 대조; pager on/off entry 경로 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

AArch64 _start는 TF-A가 넘긴 x0-x3를 보존하면서 OP-TEE가 C 코드를 실행할 수 있는 최소 상태를 만드는 구간이다. reset vector와 달리 S-EL1에서 시작하며, BL31이 설치한 SPSR/SCR와 secure physical load address를 전제로 VBAR_EL1, 임시 stack, BSS, relocation, MMU 상태를 순서대로 다룬다.

CFG_WITH_PAGER나 ASLR이 켜지면 link address와 실제 load address가 다를 수 있고 init/embedded data를 겹치지 않게 뒤에서 앞으로 복사하는 코드가 나타난다. 각 memcpy 방향과 source/destination end를 실제 linker symbol로 계산해야 self-overwrite 여부를 판단할 수 있다.

그림 5. 이 경로를 통과하는 다섯 개의 진입 계약
01CurrentEL

S-EL1 AArch64 실행을 가리켜야 한다.

02x0-x3

pageable address 또는 boot info 등 build mode가 기대하는 인자를 담는다.

03PC/load PA

_start 실제 byte가 놓인 secure executable 주소여야 한다.

04SCTLR_EL1

cache/MMU/alignment bit를 OP-TEE 초기화 순서에 맞춰 설정한다.

05temporary SP

현재 core에 대응하고 init/embedded data 복사 범위와 겹치지 않아야 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
01CurrentELBL31 BL32 ep_infoS-EL1 AArch64 실행을 가리켜야 한다.SCTLR_EL1, VBAR_EL1, TTBR 접근의 전제다.
02x0-x3TF-A/platform BL32 ABIpageable address 또는 boot info 등 build mode가 기대하는 인자를 담는다.x19-x22에 보존되어 boot_init_primary에 다시 전달된다.
03PC/load PAFIP loader와 ep_info.pc_start 실제 byte가 놓인 secure executable 주소여야 한다.relocation offset과 core_mmu_tee_load_pa의 기준이다.
04SCTLR_EL1BL31/entry codecache/MMU/alignment bit를 OP-TEE 초기화 순서에 맞춰 설정한다.BSS/relocation과 page-table 전환의 memory semantics를 결정한다.
05temporary SPentry assembly/linker현재 core에 대응하고 init/embedded data 복사 범위와 겹치지 않아야 한다.C runtime 전 assembly 호출과 boot thread가 사용한다.

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
01x19-x22 saved boot args_startboot_init_primaryearly assembly 전체에서 callee-saved register로 유지된다.
02reset_vect_table/VBAR_EL1_startearly exception정식 vector 전에도 abort를 포착할 수 있도록 먼저 설치된다.
03__init_start/__init_endlinkerearly copy/executerelocation과 init 완료 뒤 pageable/runtime 영역과 수명이 달라진다.
04__bss_start/__bss_endlinkerzeroing loop와 C globalsC code 진입 전에 정확히 zero여야 하며 boot arg storage를 덮지 않는다.
05boot_embdata_ptrearly relocationMMU/pager/initembedded metadata 이동 뒤 새 주소를 가리키며 old range를 참조하면 안 된다.
06thread_core_local/tmp stackentry assemblythread/exception codeprimary core가 정식 per-CPU structure를 만들 때까지 임시 owner다.

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

    _start가 x0-x3를 x19-x22에 보존해 relocation과 register setup 중 유실되지 않게 한다.

  2. 02

    초기 exception을 잡을 reset vector를 VBAR_EL1에 설치하고 SCTLR_EL1 정책을 정규화한다.

  3. 03

    pager/ASLR 구성에 따라 init와 embedded data의 source/destination/length를 계산한다.

  4. 04

    겹침 방향을 고려해 뒤에서 앞으로 copy하고 새 boot_embdata_ptr와 cached memory end를 기록한다.

  5. 05

    BSS와 nex BSS 중 zero 대상만 지우며 nozi/stack/canary 같은 보존 영역을 구분한다.

  6. 06

    실제 _start load PA와 compiled TEE_LOAD_ADDR 차이로 relocation offset을 계산·적용한다.

  7. 07

    primary thread_core_local, temporary/abort stack과 current thread invalid state를 초기화한다.

  8. 08

    MMU table 생성에 필요한 load/virtual layout을 넘기고 cache maintenance와 barrier 뒤 translation을 전환한다.

  9. 09

    보존한 x0-x3를 복원해 boot_init_primary 또는 C primary init 경로로 진입한다.

빌드 설정이 바꾸는 실제 코드 경로

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

#설정바뀌는 동작확인 방법
01CFG_WITH_PAGERinit resident copy와 pageable backing 인자 처리가 추가된다.x0 의미와 __pageable_part_* symbol을 대조한다.
02CFG_CORE_ASLRload address와 runtime mapping offset을 사용한다.core_mmu_tee_load_pa와 runtime PC 차이를 기록한다.
03CFG_MEMTAG/BTI/PAUTHSCTLR/TCR와 key 초기화 명령이 entry에 추가된다.CPU feature detect와 enable register를 확인한다.
04CFG_CORE_NB_COREtemporary stack/core-local 배치 수를 결정한다.MPIDR linear index가 배열 범위 안인지 본다.

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
01_start 200줄 이전 data abortcopy loopsrc/dst/end, load PA, linker symbolinit/embedded data self-overlap 또는 잘못된 segment size를 찾는다.
02C 진입 시 global이 임의 값BSS zero loopBSS start/end와 boot argument storage잘못된 linker boundary 또는 zero 누락을 확인한다.
03MMU enable 직후 instruction aborttranslation enable 전후TTBR/TCR/MAIR/SCTLR, PC VA/PArelocation과 mapping의 runtime VA 불일치를 판정한다.
04secondary core가 primary stack을 사용core index와 stack calculationMPIDR, core_pos, SP, thread_core_localplatform core mapping 또는 temporary stack stride 오류를 찾는다.

객체와 수명

대상만들어지는 시점유효 범위확인할 조건
_start / boot arguments / early stack_startC init 또는 오류 정리 완료까지진입 전제와 상태 계약
입력 buffer / metadataBL31 ERETparse와 검증이 끝날 때까지길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성
등록된 list / descriptorboot args preserve하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리
hardware 또는 persistent state실제 write/probe가 완료된 뒤reset 또는 명시적 해제·갱신까지쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원
최종 부트로더 이미지link/image 생성 시점다음 stage가 새 image로 교체할 때까지적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부

실패 지점과 증상

#조건관찰되는 증상먼저 볼 단계
01잘못된 load addressrelocation self-overlap_start
02BSS 범위 오류boot arg 손상boot args preserve
03CurrentEL 불일치system register traprelocate/BSS

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

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.

#목적명령 또는 계측판정 기준
01빌드 산출물make PLATFORM=<platform> CFG_TEE_CORE_LOG_LEVEL=4tee.elf, tee.bin과 pageable/pager 구성이 같은 설정에서 생성됐는지 확인한다.
02ELF 배치${CROSS_COMPILE64}readelf -W -lS out/arm/core/tee.elfsecure RAM 안에서 text, data, pager, pageable 구간이 어떤 주소와 권한으로 배치되는지 확인한다.
03심볼과 주소${CROSS_COMPILE64}nm -n out/arm/core/tee.elf | grep 'FUNC _start ,'entry, thread, TA manager 함수의 링크 주소를 원본 설명과 연결한다.
04명령과 예외 경로${CROSS_COMPILE64}objdump -drS out/arm/core/tee.elfSMC entry, world switch, abort 복귀가 실제 register save/restore와 어떻게 이어지는지 대조한다.
05Normal world 왕복xtest; dmesg | grep -i opteesecure console과 Linux OP-TEE driver 로그를 함께 보고 SMC, RPC, shared memory 왕복의 양쪽 증거를 맞춘다.

직접 확인할 실험

  1. 01
    _start에서 x0-x3/SP/CurrentEL 기록

    _start 진입 전후에 secure load address의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  2. 02
    tee.elf symbol과 runtime PC 대조

    boot args preserve 진입 전후에 boot arguments의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

  3. 03
    pager on/off entry 경로 비교

    relocate/BSS 진입 전후에 init stack의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

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