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之前写过一篇ATF入门的文章：XXX。里面有介绍qemu运行ATF，但是总感觉缺了点什么，直到最近又找到一个非常牛逼的开源代码，堪称王炸，你想学习的ARM软件技术都在这套源码里面，可以qemu运行起来从BL1、BL2、BL31、uboot、optee、SCP、linux等。

口说无凭，直接上图，源码下载目录下来如下：

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那么这套源码可以做什么呢？

可以说很多培训班、卖课的都在讲这些东西，ARM嵌入式最核心的一些知识都在这些源码里面，简直就是宝藏等待大家去挖掘，当你运行起来的时候怎么不兴奋，快来推荐给朋友吧。

1. 源码下载编译运行

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1.1 源码下载

mkdir -p optee
cd optee
repo init -u https://github.com/OP-TEE/manifest.git -m qemu_v8.xml
repo sync -j4 --no-clone-bundle

源码目录介绍：

build/ - 不同平台的makefile及kconfig
buildroot/ - 一款编译工具
edk2/ - 遵循UEFI标准的bootloader源码
linux/ - linux kernel源码
mbedtls/ - 开源的ssl/tls加密组件，轻量级
optee_benchmark/ - open-tee项目基准框架的源码
optee_client/ - open-tee项目的非安全侧源码
optee_examples/ - open-tee中使用的示例CA和TA源码
optee_os/ - open-tee项目的os源码
optee_test/ - 测试套件xtest源码
out/ - 存储编译生成用于烧录的image，如bl1.bin, bl2.bin等
out-br/ - 存放buildroot工具编译生成的文件
qemu/ - qemu源码
.repo/ - repo工程
soc_term/ - 监听qemu、非安全终端、安全终端三个端口，正确将log重定向至对应的终端
toolchains/ - 包含编译所需的工具链
trusted-firmware-a/ - atf源码

那么这个源码从何而来？那必须是老外开源的啊，我们学习ATF首先就是官网：

https://www.trustedfirmware.org

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Trusted Firmware-A 项目为 Armv7-A 和 Armv8-A 类处理器提供了安全世界软件的参考实现。

OP-TEE 是一种可信执行环境 (TEE)，旨在与使用 TrustZone 技术的 Arm；Cortex-A 内核上运行的非安全 Linux 内核配套使用。OP-TEE 实现了 TEE 内部核心 API v1.1.x（这是向可信应用程序公开的 API）和 TEE 客户端 API v1.0（这是描述如何与 TEE 通信的 API）。这些 API 在 GlobalPlatform API 规范中定义。

里面关于optee的介绍里面，就是大名鼎鼎的：OP-TEE documentation，给出了这份源码： https://optee.readthedocs.io/en/latest/building/index.html

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这里给大家找到了学习资料的源头，又是无穷的宝藏，

如果工作是做这方面的就慢慢研究吧，平时找方案找依据也可以来这里，你与高手的差距可能就是这些，学习二手的资料干不过学习一手的，一手的干不过写这些资料的人，专业的就是专业的，需要死磕走向专业。

一些代码下载过程中可能遇到的问题：

  1. 下载代码需要repo工具，没有的可以自己下载一个
    $ mkdir ~/bin
$ vim ~/.bashrc
 export PATH=~/bin:$PATH
$ source ~/.bashrc
$ curl https://storage.googleapis.com/git-repo-downloads/repo > ~/bin/repo
$ chmod a+x ~/bin/repo
  2. 源码下载过程中需要能访问github，并且网络比较好，因为下载的文件比较大。如果下载出问题可以去网上找找解决办法。我的环境还比较顺利，看网上其他人出现了各种问题，一些参考：
  3. https://blingblingxuanxuan.github.io/2020/12/20/qemuv8-optee/
  4. https://icyshuai.blog.csdn.net/article/details/71499619
  5. https://www.bilibili.com/video/av55057371/（视频教学搭建环境）
  6. https://blog.csdn.net/zheng_wuling/article/details/128230891
  7. https://blog.csdn.net/weixin_42135087/article/details/115704166
  8. https://blog.csdn.net/sinat_22338935/article/details/131490902

1.2 源码编译

首先需要安装编译依赖的工具：

$ sudo dpkg --add-architecture i386
$ sudo apt-get update

$ sudo apt-get install android-tools-adb android-tools-fastboot autoconf \
        automake bc bison build-essential ccache cscope curl device-tree-compiler \
        expect flex ftp-upload gdisk iasl libattr1-dev libcap-dev \
        libfdt-dev libftdi-dev libglib2.0-dev libhidapi-dev libncurses5-dev \
        libpixman-1-dev libssl-dev libtool make \
        mtools netcat python-crypto python3-crypto python-pyelftools \
        python3-pycryptodome python3-pyelftools python-serial python3-serial \
        rsync unzip uuid-dev xdg-utils xterm xz-utils zlib1g-dev

编译过程：

$ cd ~/optee/build
$ make -j2 toolchains
$ make -j4
# 或者，将编译输出重定向到log中，方便编译出问题了定位
$ make 2>&1 | tee build.log

1.3 源码运行

$ cd ~/optee/build
$ make run
指定版本运行
$ make -f qemu_v8.mk run-only

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执行完后，一共会有三个窗口：

  1. qemu，默认运行开启了gdb，去掉的话可以自己改makefile，所以继续运行需要输入c
  2. 非安全世界，就是linux了，需要输入root登录，就进入了linux的shell
  3. 安全世界，就是OP-TEE OS了

image.png 在qemu窗口中执行c，可以看到BL1到Linux的运行打印：

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然后就可以在linux中可以执行xtest进行测试，这样optee里面也会有对应的测试打印。

# xtest

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就问你吊不吊？

2. 前情回顾

主要回顾下之前ATF文章XXX的基础知识，很有价值，帮助大家理解。

对于安全这个需要从手机说起，主要还是开源的安卓系统，因为开源所以安全问题非常严重，主要有几个方面：

  1. 安全世界和非安全世界的区分
  2. 安全启动，防止替换bin文件

2.1 安全世界

image.png ARMv8分为Secure World和Non-Secure World（Normal World），四种异常级别从高到低分别为EL3，EL2，EL1，EL0。

  1. EL0：非安全态的Apps，安全态的Trusted Apps，EL0是无特权模式，所有APP应用都在EL0。
  2. EL1：非安全态的Normal world OS，安全态的Trusted OS ，EL1是一个特权模式，能够执行一些特权指令，用于运行各类操作系统（ 例如Linux、FreeRTOS、TEE等 ）。
  3. EL2：Hypervisor虚拟层
  4. EL3：Secure Monitor，Arm trusted firmware安全固件，EL3具有最高管理权限，是一个微型的runtime系统，为OS提供服务，负责安全监测和Secure World和Normal World之间的切换。

TEE就属于EL3里面的安全世界，linux是非安全世界，所以一些地址区域linux应用是无法访问的，因为linux应用不可控，可能有用户甚至黑客的程序。但是TEE里面的应用是固定死的，只提供固定的接口，所以比较安全。

增强安全的绝招：

只提供有限的API接口供应用调用，只完成单一的功能，怎么完成对应用来说是黑盒。相对于应用可以访问所有的地址、操作所有的功能，可以大大收敛可控范围，有限的API，你就弄不死我了。

google规定在android 7.0之后要求厂商必须使用TEE来保护用户的生物特征数据（指纹，虹膜等）。从硬件技术上ARM公司提出了trustzone技术来实现。

image.png ARM在AXI系统总线上添加了一根额外的安全总线，称为NS位，并将cortex分为两种状态：secure world, non-secure world, 并添加了一种叫做monitor的模式，cortex根据NS的值来判定当前指令操作是需要安全操作还是非安全操作，并结合自身是属于secure world状态还是non-secure状态来判定是否需要执行当前的指令操作。而cortex的secure world和non-secure world状态之间的切换由monitor来完成，最近由于ATF（arm trusted firmware）的给出，cortex的状态切换操作都是在ATF中完成。当cortex处于secure world状态时，cortex会去执行TEE(Trusted execute enviorment) OS部分的代码，当cortex处于non-secure world状态时，cortex回去执行linux kernel部分的代码。而linux kernel是无法访问TEE部分所以资源，只能通过特定的TA(Trust Application)和CA(Client Application)来访问TEE部分特定的资源。

2.1 安全启动

首先就是安全启动，为了这个可谓在ATF里面操碎了心

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为什么需要分这么多BL1 BL2 BL31 BL32 BL33，需要这么多吗？--答案是需要

ATF：Arm Trusted Firmware（ARM安全固件），运行在EL3异常级别，ATF为Armv7-A 和 Armv8-A提供了一些安全可信固件。具体包括上面说的：ATF= BL1、BL2、BL31、BL32、BL33，其中BL33有就是U-Boot。都运行在EL3模式。具体为：

BL1：也叫bootrom，rom的意思就是只读的，具有最高的执行权限EL3，在 CPU 出厂时就被写死了。为什么要写死，这里有一个安全驱动概念（Secure Boot）。CPU上电启动的时候，加载镜像的顺序为BL1 -》 BL2 -》 BL31 -》 BL32 -》BL33（uboot）-》OS（Linux），但是如果其中的一个镜像被换掉了怎么办？这里不是说网络攻击换掉，就是物理上拿到电路板，然后把存储SD卡拔掉换了自己的OS，那不是想干啥就干啥，完全控制了硬件设备，俗称“越狱”。答案就是每一个镜像进行签名校验。

例如BL33加载OS，需要**OS**镜像算出hash利用**私钥** **加密**，然后**BL31**在加载OS的时候会读取这个加密的Hash，利用自己的**公钥解密**，解密后的hash是对的就进行加载。那么这么一级一级按照加密向前传递，那第一个**根BL1**如果可以在SD卡上伪造，那校验就没用了。所以BL1需要**只读**，并且作为只读硬件直接搞进到CPU里面，你从板子上也拆不下来，更替换不了。因为要写死到SoC芯片内部，所以独立出来了，也是其由来的原因。

BL2：BL2在flash中的一段可信安全启动代码，主要完成一些平台相关的初始化，比如对ddr的初始化等。因为BL31和BL32是一个runtime，也就是上电后一直运行的程序，那么需要加载到内存里面，需要先初始化内存ddr，BL2就干这个事情的。所谓的Loder。

BL31：作为EL3最后的安全堡垒，它不像BL1和BL2是一次性运行的。如它的runtime名字暗示的那样，它通过SMC指令为Non-Secure OS持续提供设计安全的服务，在Secure World和Non-Secure World之间进行切换。是对硬件最基础的抽象，对OS提供服务。例如一个EL3级别的特权指令，比如关机、休眠等OS是无权处理的，就会交给BL31来继续操作硬件处理。

BL32：是所谓的secure os，运行在Secure mode。在ARM平台下是ARM 家的 Trusted Execution Environment（TEE）实现。OP-TEE 是基于ARM TrustZone硬件架构所实现的软件Secure OS。

一般在BL32会运行**OPTee OS + 安全app**，它是一个可信安全的OS运行在EL1并在EL0启动可信任APP（如指纹信息，移动支付的密码等），并在Trust OS运行完成后通过SMC指令返回BL31，BL31切换到Non-Seucre World继续执行BL33。关于OPTEE和Secure mode及TurstZone的机制，有机会再写一个文章介绍。

BL33： 这里就是Normal Wrold了，运行的都是非安全固件，也就是我们常见的UEFI firmware或者u-boot，也可能是直接启动Linux kernel。

启动BL1，BL2，BL31，BL32则是一个完整的**ATF信任链建立流程**（ARM Trusted Firmware），像常见的PSCI（Power State Coordination Interface）功能则是在ATF的BL31上实现。对基本概念有认识了后，你就知道OS之下还有的这些软件通常称为**ATF**，其启动流程如下：

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3. ARM学习

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上面这个可不是广告，只是给大家看下这卖课的价钱，CSDN里面：https://edu.csdn.net/lecturer/6964。

周贺贺老师应该讲的非常好，我最早接触是从微信公众号“ARM精选”和“TEE课程”里面经常推荐课程

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看介绍很专业，很强大，bilibili上面还有周贺贺老师的试听视频：https://space.bilibili.com/482877928

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如果你想高效学习，又不差钱可以去报名。但是我说这些还是想说我的免费分享很值钱，如果是屌丝程序员，或者只薅羊毛的可以关注接下来的文章，有句话说：书非借不能读也，那可能就有：课程非收费不能学也。本公众号这里只有免费的学习资源，对比收费的只能说是丐中丐。三五十万的宝马处处是缺点，但是十几万的宝马都是优点，凑合学学，在实践中学也能成为高手。

后记：

关于ARM ATF安全相关的知识点非常多，后续计划写一系列这方面的文章，让大家免费零成本学习高深的技术。

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