大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子，今天痞子衡給大家介紹的是利用i.MXRT1xxx系列內部DCP引擎計算Hash值時需特別處理L1 D-Cache，
關于i.MXRT1xxx系列內部通用資料協處理器DCP模塊，痞子衡之前寫過一篇文章 《SNVS Master Key僅在i.MXRT10xx Hab關閉時才能用于DCP加解密》 介紹了DCP基本功能和AES加解密使用注意事項，實際上DCP模塊除了對AES加解密演算法支持外，還支持經典的Hash演算法（SHA-1/SHA-256/CRC32），
痞子衡最近支持一個i.MXRT大客戶，他們專案里使用了DCP做Hash運算，但會出現概率性Hash校驗失敗的情況（差不多運行50次，會失敗1次），這是什么情況？
一、客戶專案基本情況
先介紹下客戶基本情況，他們專案使用的主芯片是i.MXRT1062，并且配置了外部串行Flash存盤程式代碼(XiP)，以及外部SDRAM放置程式資料區（其實主要是做frameBuffer的，但也同時放置了.data段和STACK），專案基于的SDK版本是v2.6.2，
專案中主要呼叫了 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\middleware\mbedtls\library\sha256.c 中的 mbedtls_sha256() 函式，這個函式其實是通過呼叫 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\middleware\mbedtls\port\ksdk\ksdk_mbedtls.c 里的一系列底層函式mbedtls_sha256_xx() 來進一步實作的，
ksdk_mbedtls.c 檔案是同時適用Kinetis/LPC/i.MXRT等系列MCU的，不同MCU上硬體引擎不同（比如有LTC/CAAM/CAU3/DCP/HashCrypt），對于i.MXRT1xxx，硬體引擎就是DCP，這些 mbedtls_sha256_xx() 函式主要呼叫了 SDK 標準驅動 fsl_dcp.c 里的如下函式：
status_t DCP_HASH_Init(DCP_Type *base, dcp_handle_t *handle, dcp_hash_ctx_t *ctx, dcp_hash_algo_t algo);
status_t DCP_HASH_Update(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_t *ctx, const uint8_t *input, size_t inputSize);
status_t DCP_HASH_Finish(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_t *ctx, uint8_t *output, size_t *outputSize);
二、概率性失敗情況分析
既然是概率性失敗的問題，那大概率和Cache處理有關了，我們需要檢查下 fsl_dcp.c 驅動是否很好地處理了Cache，讓我們打開 \SDK_2.6.2_EVK-MIMXRT1060\boards\evkmimxrt1060\driver_examples\dcp 例程先看一下，在 dcp.c 檔案的 main() 函式里可以看到明顯的提醒，如果專案里用到了SDRAM，必須將DCache關掉，說明 dcp 驅動并不支持在DCache使能下運行，但顯然這個客戶專案用到了SDRAM，后來跟客戶確認，他們DCache一直是使能的，這顯然是有問題的，
int main(void)
{
dcp_config_t dcpConfig;
/* Init hardware*/
BOARD_ConfigMPU();
BOARD_InitPins();
BOARD_BootClockRUN();
BOARD_InitDebugConsole();
/* Data cache must be temporarily disabled to be able to use sdram */
SCB_DisableDCache();
...
讓我們再次回到SDK版本，在 恩智浦SDK下載主頁 可以看到所有i.MXRT1060 SDK歷史版本，v2.6.2是2019年7月發布的（這個版本里的dcp驅動版本是v2.1.1），是的，這個客戶算是i.MXRT早期客戶了，而現在最新的SDK版本已經是v2.9.3（dcp驅動已經升級到v2.1.6），時間快過去兩年了，客戶并沒有實時更新SDK版本，
早期的 dcp 驅動沒有處理DCache，所以其必須在 DCache 關掉的情況下才能正常作業，從v2.1.5開始增加了對 DCache 的處理，這樣 dcp 驅動就可以在 DCache 使能的情況下正常作業了，
三、DCP驅動里是如何處理DCache的？
現在讓我們在SDK標準驅動 fsl_dcp.c 中看一下它到底是怎么增加對DCache處理的，
3.1 DCP背景關系buffer設定
使用 dcp 驅動的第一步是DCP模塊初始化，即DCP_Init()函式，這個函式會在DCP->CTRL暫存器里將模塊全部的四通道都使能以及將背景關系(Context)的快取和通道自切換功能也都開啟，其中關于背景關系切換有一個重要的私有全域變數 s_dcpContextSwitchingBuffer，這個變數被放置到了NON-CACHE區域（驅動改進處一），下述DCP->CONTEXT暫存器就是用來存盤 s_dcpContextSwitchingBuffer 地址的，
AT_NONCACHEABLE_SECTION_INIT(static dcp_context_t s_dcpContextSwitchingBuffer);
void DCP_Init(DCP_Type *base, const dcp_config_t *config)
{
// 代碼省略...
/* use context switching buffer */
base->CONTEXT = (uint32_t)&s_dcpContextSwitchingBuffer;
}
3.2 DCP用戶資料in/out buffer設定
DCP 模塊初始化完成后，就是呼叫 dcp 驅動里的DCP_HASH()函式進行Hash運算，這個函式引數里有兩個用戶Buffer，一個Input Buffer存放待計算的訊息資料，另一個Output Buffer存放計算好的Hash值（SHA256是32bytes），這兩個Buffer最好由用戶處理放置在NON-CACHE區，
/* Input data for DCP like input and output should be handled properly
* when DCACHE is used (e.g. Clean&Invalidate, use non-cached memory)
*/
AT_NONCACHEABLE_SECTION(static uint8_t s_outputSha256[32]);
status_t calc_sha256(const uint8_t *messageBuf, uint32_t messageLen)
{
size_t outLength = sizeof(s_outputSha256);
dcp_handle_t m_handle;
m_handle.channel = kDCP_Channel0;
m_handle.keySlot = kDCP_KeySlot0;
m_handle.swapConfig = kDCP_NoSwap;
memset(&s_outputSha256, 0, outLength);
return DCP_HASH(DCP, &m_handle, kDCP_Sha256, messageBuf, messageLen, s_outputSha256, &outLength);
}
3.3 DCP_HASH()相關代碼中DCache處理
DCP_HASH()函式運行程序中會一直用到一個非常關鍵的內部結構體 dcp_hash_ctx_internal_t，這個結構體大小為47 Words（包含128byte的待計算訊息資料塊blk、32bytes實時計算結果runningHash、及其他輔助變數成員），
/*! internal dcp_hash context structure */
typedef struct _dcp_hash_ctx_internal
{
dcp_hash_block_t blk; /*!< memory buffer. only full blocks are written to DCP during hash updates */
size_t blksz; /*!< number of valid bytes in memory buffer */
dcp_hash_algo_t algo; /*!< selected algorithm from the set of supported algorithms */
dcp_hash_algo_state_t state; /*!< finite machine state of the hash software process */
uint32_t fullMessageSize; /*!< track message size */
uint32_t ctrl0; /*!< HASH_INIT and HASH_TERM flags */
uint32_t runningHash[9]; /*!< running hash. up to SHA-256 plus size, that is 36 bytes. */
dcp_handle_t *handle;
} dcp_hash_ctx_internal_t;
dcp 驅動直接定義了 dcp_hash_ctx_t 型區域變數hashCtx，hashCtx空間后續會被用作dcp_hash_ctx_internal_t，舊版本里DCP_HASH_CTX_SIZE值為58，新版本增加到64，這是為了后續L1DCACHE的LINE對齊（驅動改進處二），
/*! @brief DCP HASH Context size. */
#define DCP_HASH_CTX_SIZE 64
/*! @brief Storage type used to save hash context. */
typedef struct _dcp_hash_ctx_t
{
uint32_t x[DCP_HASH_CTX_SIZE];
} dcp_hash_ctx_t;
status_t DCP_HASH(DCP_Type *base, dcp_handle_t *handle, dcp_hash_algo_t algo, const uint8_t *input, size_t inputSize, uint8_t *output, size_t *outputSize)
{
dcp_hash_ctx_t hashCtx = {0};
status_t status;
status = DCP_HASH_Init(base, handle, &hashCtx, algo);
status = DCP_HASH_Update(base, &hashCtx, input, inputSize);
status = DCP_HASH_Finish(base, &hashCtx, output, outputSize);
// ...
}
status_t DCP_HASH_Init/Update/Finish(...，dcp_hash_ctx_t *ctx，...)
{
dcp_hash_ctx_internal_t *ctxInternal;
/* Align structure on DCACHE line*/
#if defined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)
ctxInternal = (dcp_hash_ctx_internal_t *)(uint32_t)((uint8_t *)ctx + FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE);
#else
ctxInternal = (dcp_hash_ctx_internal_t *)(uint32_t)ctx;
#endif
// 代碼省略...
}
DCP_HASH()函式中啟動DCP引擎去計算訊息塊資料前，都會呼叫 DCACHE_InvalidateByRange() 函式對 ctxInternal 所占空間做清理（驅動改進處三），啟動DCP引擎作業一次的函式是dcp_hash_update()，這個函式會利用 dcp_work_packet_t 型結構體變數，對于這個結構，代碼中也同樣做了L1DCACHE對齊處理（驅動改進處四）：
/*! @brief DCP's work packet. */
typedef struct _dcp_work_packet
{
uint32_t nextCmdAddress;
uint32_t control0;
uint32_t control1;
uint32_t sourceBufferAddress;
uint32_t destinationBufferAddress;
uint32_t bufferSize;
uint32_t payloadPointer;
uint32_t status;
} dcp_work_packet_t;
#if defined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)
static inline uint32_t *DCP_FindCacheLine(uint8_t *dcpWorkExt)
{
while (0U != ((uint32_t)dcpWorkExt & ((uint32_t)FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE - 1U)))
{
dcpWorkExt++;
}
return (uint32_t *)(uint32_t)dcpWorkExt;
}
#endif
static status_t dcp_hash_update(DCP_Type *base, dcp_hash_ctx_internal_t *ctxInternal, const uint8_t *msg, size_t size)
{
status_t completionStatus = kStatus_Fail;
/* Use extended DCACHE line size aligned structure */
#if defined(__DCACHE_PRESENT) && (__DCACHE_PRESENT == 1U) && defined(DCP_USE_DCACHE) && (DCP_USE_DCACHE == 1U)
dcp_work_packet_t *dcpWork;
uint8_t dcpWorkExt[sizeof(dcp_work_packet_t) + FSL_FEATURE_L1DCACHE_LINESIZE_BYTE] = {0U};
dcpWork = (dcp_work_packet_t *)(uint32_t)DCP_FindCacheLine(dcpWorkExt);
#else
dcp_work_packet_t dcpWorkPacket = {0};
dcp_work_packet_t *dcpWork = &dcpWorkPacket;
#endif
do
{
completionStatus = dcp_hash_update_non_blocking(base, ctxInternal, dcpWork, msg, size);
} while (completionStatus == (int32_t)kStatus_DCP_Again);
completionStatus = DCP_WaitForChannelComplete(base, ctxInternal->handle);
ctxInternal->ctrl0 = 0;
return (completionStatus);
}
至此，利用i.MXRT1xxx系列內部DCP引擎計算Hash值時需特別處理L1 D-Cache痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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