介绍MCUboot支持的四种升级模式,分别是Overwrite、Swap、Direct XIP和加载到RAM中执行。由于FSP不支持第四种——加载到RAM中执行,因为我们重点介绍前三种。
Direct XIP(Execute In Place)模式
MCUboot Direct XIP模式流程图
接下来我们看第三种升级模式,Direct XIP(Execute In Place),跟前两种模式Overwrite和Swap最大的不同在于,代码是就地执行的,即升级后的代码直接在Secondary Slot中执行。
上电后芯片中烧录的是Bootloader和Primary Slot中User Application v1.0,运行的过程中,芯片收到升级指令,接收新firmware并烧录到Secondary Slot中,然后跳转至Secondary Slot中执行。
如果查看升级操作的起始状态和结束状态会发现,芯片从运行Primary Slot中的低版本v1.0代码变为运行Secondary Slot中的高版本v2.0代码,因此完成了一次升级。
从Direct XIP模式的流程可以看出它的一些特点:
支持代码回滚/回退/降级。由于升级完成后,低版本v1.0 Image依然存储在芯片中,因此若在高版本v2.0 上发现bug需要修复,则有机会重新执行升级程序使得代码回到v1.0。
升级过程中不涉及对flash的擦除和写入操作,因此Boot时间较短,是三种模式中时间最短的。
关于各种模式之间的更多细节比较,请参考下图中的内容:
各升级模式特性比较
关于Secondary Slot的属性,既可以是片上flash,也可以是外部flash。FSP对外部的支持为QSPI Flash,可以映射到地址总线上的存储空间。假如利用外部flash如QSPI作为Secondary slot,则不支持Direct XIP模式。
另外,由于映像文件Image的传输途径可能具有潜在风险,又或者使用外部flash存储新Image担心被盗用,则推荐使用加密存储的方式。假如使用加密存储,则不支持Direct XIP模式。
前面提到了MCUboot可以实现安全boot,即判断目标Image的完整性和合法性,根据结果决定是否执行固件升级操作,这个过程也可以叫做安全校验。
安全校验的设计可谓丰俭由人,整体的原则是,安全级别越高,带来的代码量增加越大,启动时间越长。
MCUboot的安全校验意味着,待更新的Image文件需要增加一些标识,才能被bootloader识别,原始的文件无法通过安全校验。
下面的图展示了处理后的Application Image各部分信息。
利用Python脚本处理后的Application Image
MCUboot的安全校验的实现方式包括:
增加Header,位于更新后的Bootloader和Application实际起始地址中间。其中包含了丰富的信息,比较关键的部分如Image的版本及大小。
增加TLV (Type Length Value),紧跟在Application之后。其中包含了Image文件对应的HASH哈希值和对Image文件生成的签名信息。
增加Trailer,位于Slot顶端,和TLV之间会填充固定数值。根据升级模式的不同,Trailer的格式和含义也不同,在此不展开。值得一提的是,对于Swap模式,Trailer中包含了Bootloader进行升级时的判断标志,更多细节请参考MCUboot官网对于此部分的说明。
由于Bootloader占用了flash空间0地址开始的部分且大小几乎不变,因此在设计的时候,需评估flash的空间划分,使得Bootloader尽量小以让出更多空间给Application利用。关于Bootloader优化,我们不在本章中展开说明。
决定Bootloader大小的关键要素有以下几个:
升级模式,Overwrite最小,Swap最大
安全校验的级别,级别越高代码量越大
对于Flash划分,需要遵循的基本原则是,每个区域(Bootloader,Primary Slot和Secondary Slot)均占据完整的Block size,具体到RA产品,请在硬件手册中确认Block size的值。
以RA6M4 1M Code Flash产品为例,共有38个Block,其中低8个Block大小为8KB,高地址上的Block大小均为32KB。
RA6M4 Flash Block地址信息
本章总结
本篇我们介绍了MCUboot的基本概念和设计的基本原则,后续的文章中,会针对每一种升级模式,做更详细的说明。
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原文标题:MCUboot系列(1-2)简介以及在RA FSP上的支持
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