secure boot (一)FIT Image
扫描二维码
随时随地手机看文章
前言
secure boot 和FIT Image是前段时间接触到的,其实早就该总结下了,奈何懒癌犯了,拖了好久才写出来。
之前也有人问我,工作后最大的感受是什么?我的回答是:“快速学习”。
就嵌入式来讲,大多数应届生在校期间可能都没做过完整的项目,仅凭在校期间学习的内容很难胜任公司的要求。
就底层驱动来讲,虽然我之前也学习过韦东山老师的上s3c2440的课程,但是到了公司才发现,这些内容其实都已经过时了。
但并不是说这些内容都没有必要去学习了。在学习的过程中,认为最重要的是培养我们的自学能力。
很多初学者在刚开始学习时,可能就败在了搭建环境上。搭建环境时遇到问题不知道怎么办?
我们日常开发中遇到的90%的问题,在网上都有人遇到过,也有相应的解决办法。学会利用bing,google,stackoverflow等搜索工具是一项很重要的技能。
如果遇到了网上没有的问题怎么办?软件问题要先搞清楚原理,再去看代码逻辑。硬件问题看官方手册。像Linux kernel,ARM等都提供了完善的手册,大部分问题在手册中都有相应说明。
好了,扯远了。下面回归正题。
本文主要介绍了FIT Image起源,制作方法,its的语法结构,bootm 启动FIT Image的方式。
本文这篇文章是对后面介绍的secure boot做铺垫。ARMv8 secure boot一种实现的方式就是利用了FIT Image的特性。
zImage,uImage, Legacy uImage 和 FIT uImage
内核经过编译后,会生成一个elf的可执行程序,叫vmlinux,这个就是原始的未经任何处理加工的原版内核elf文件。不过,最终烧写在嵌入式设备上的并不是这个文件。而是经过objcopy工具加工后的专门用于烧录的镜像格式Image。
原则上Image就可以直接被烧录到Flash上进行启动执行,但linux的内核开发者觉得Image还是太大了,因此对Image进行了压缩,并且在Image压缩后的文件的前端附加了一部分解压缩代码,构成了一个压缩格式的镜像文件就叫zImage。
解压的时候,通过zImage镜像头部的解压缩代码进行自解压,然后执行解压出来的内核镜像。
Uboot要正确启动Linux内核,就需要知道内核的一些信息,比如镜像的类型(kernel image,dtb,ramdisk image),镜像在内存的位置,镜像的链接地址,镜像文件是否有压缩等等。
Uboot为了拿到这些信息,发明了一种内核格式叫uImage,也叫Legacy uImage。uImage是由zImage加工得到的,uboot中有一个工具mkimage,该工具会给zImage加一个64字节的header,将启动内核所需的信息存储在header中。uboot启动后,从header中读取所需的信息,按照指示,进行相应的动作即可。
header格式可以参考:include/image.h。mkimage源码在tools/mkimage
FIT image的来源
有了Legacy uImage后,为什么又搞出来一个FIT uImage呢?
在Linus Torvalds 看来,内核中arch/arm/mach-xxx充斥着大量的垃圾代码。因为内核并不关心板级细节,比如板上的platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info等等。大家有兴趣可以看下s3c2410的板级目录,代码量在数万行。
因此,ARM社区引入了Device Tree,使用Device Tree后,许多硬件的细节可以直接透过它传递给Linux,而不再需要在kernel中进行大量的冗余编码。
为了更好的支持单个固件的通用性,Uboot也需要对这种uImage固件进行支持。FIT uImage中加入多个dtb文件 和ramdisk文件,当然如果需要的话,同样可以支持多个kernel文件。
内核中的FDT全程为flattened device tree,FIT全称叫flattened image tree。FIT利用了Device Tree Source files(DTS)的语法,生成的Image文件也和dtb文件类似(称作itb)。
这样的目的就是能够使同一个uImage能够在Uboot中选择特定的kernel/dtb和ramdisk进行启动了,达成一个uImage可以通用多个板型的目的。
制作FIT Image
制作FIT Image需要用到两个工具,mkimage和的dtc。dtc要导入到环境变量$PATH中,mkimage会调用dtc。
mkimage的输入为 image source file,它定义了启动过程中image的各种属性,扩展名为.its。its只是描述了Image的属性,实际的Image data 是在uImage中,具体路径由its指定。
如下是kernel 的its文件,后面会介绍各项内容的含义。
/* * Simple U-Boot uImage source file containing a single kernel */ /dts-v1/; / { description = "Simple image with single Linux kernel"; #address-cells =; images { kernel@1 { description = "Vanilla Linux kernel"; data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz"); # Image data 具体路径 type = "kernel"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "crc32"; }; hash@2 { algo = "sha1"; }; }; }; configurations { default = "config@1"; config@1 { description = "Boot Linux kernel"; kernel = "kernel@1"; }; }; };
mkimage的输出是一个后缀为.itb的二进制文件,包含了所有需要的数据(kernel,dtb,ramdisk)。itb文件制作好之后,就可以直接加载到嵌入式设备上,通过bootm命令启动。
总结下制作FIT Image的4个必要文件:
- mkimage,
- dtc
- its(image source file (*.its))
- image data file(s)。
its语法结构
uImage Tree 的根节点结构
/ o image-tree |- description = "image description" |- timestamp =|- #address-cells = | o images | | | o image@1 {...} | o image@2 {...} | ... | o configurations |- default = "conf@1" | o conf@1 {...} o conf@2 {...} ...
-
description:描述uImage的文本。
-
timestamp:修改Image镜像的时间,由mkimage工具自动生成。在security boot中,timestamp不同也会被认为是不同的Image。
-
images:子镜像,如kernel Image,ramdisk Image。
-
configurations:配置项节点,可以将不同类型的二进制文件,根据不同的场景,组合起来,形成一个个的配置项。u-boot在boot的时候,以配置项为单位加载、执行,这样就可以根据不同的场景,方便的选择不同的配置。
'/images' node
该节点中描述了Image镜像必要的信息.
o image@1 |- description = "component sub-image description" |- data = /incbin/("path/to/data/file.bin") |- type = "sub-image type name" |- arch = "ARCH name" |- os = "OS name" |- compression = "compression name" |- load =|- entry =| o hash@1 {...} o hash@2 {...} ...
-
description:子镜像的文本描述,可以随便写。
-
type:子镜像的类型,比如standalone,kernel,ramdisk,firmware等等。
-
data:包含该节点二进制文件的路径。
-
compression:压缩方式,比如none,gzip,bzip2。
-
os:操作系统的名称,如solaris,uboot,qnx等。
-
arch:平台架构,如arm,mips,i386等。
-
entry:二进制文件入口地址,即链接地址。
-
load:二进制文件的加载位置。
-
hash@1:镜像使用的校验算法,如sha256,crc32等。
Hash nodes
o hash@1 |- algo = "hash or checksum algorithm name" |- value = [hash or checksum value]
-
algo:算法名称,如crc32,md5,sha256等。
-
value:算法校验值,即algo计算后的数值。
'/configurations' node
o configurations
|- default = "default configuration sub-node unit name" |
o config@1 {...}
o config@2 {...}
...
-
default:默认的子节点的配置
-
config@1: 该配置具体使用那些kernel Image,ramdisk Image等。
Configuration nodes
o config@1 |- description = "configuration description" |- kernel = "kernel sub-node unit name" |- ramdisk = "ramdisk sub-node unit name" |- fdt = "fdt sub-node unit-name" [, "fdt overlay sub-node unit-name", ...] |- fpga = "fpga sub-node unit-name" |- loadables = "loadables sub-node unit-name"
-
description:该配置的名称。
-
kernel:镜像类型为kernel的单元的名称。
-
ramdisk:镜像类型为ramdisk的单元的名称。
-
fdt:镜像类型为fdt的单元的名称。
-
loadables:额外的可加载的二进制文件的列表,U-Boot将在给定的起始地址加载每个二进制文件。
举例
如下是一个有多种kernels, ramdisks and FDT blobs镜像多套配置的its文件。它包含了3种配置,每种配置使用了不同的kernel、ramdisk和fdt,默认配置项由“default”指定,当然也可以在运行时指定。
/* * U-Boot uImage source file with multiple kernels, ramdisks and FDT blobs */ /dts-v1/; / { description = "Various kernels, ramdisks and FDT blobs"; #address-cells =; images { kernel@1 { description = "vanilla-2.6.23"; data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz"); type = "kernel"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "md5"; }; hash@2 { algo = "sha1"; }; }; kernel@2 { description = "2.6.23-denx"; data = /incbin/("./2.6.23-denx.bin.gz"); type = "kernel"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "sha1"; }; }; kernel@3 { description = "2.4.25-denx"; data = /incbin/("./2.4.25-denx.bin.gz"); type = "kernel"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "md5"; }; }; ramdisk@1 { description = "eldk-4.2-ramdisk"; data = /incbin/("./eldk-4.2-ramdisk"); type = "ramdisk"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "sha1"; }; }; ramdisk@2 { description = "eldk-3.1-ramdisk"; data = /incbin/("./eldk-3.1-ramdisk"); type = "ramdisk"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "crc32"; }; }; fdt@1 { description = "tqm5200-fdt"; data = /incbin/("./tqm5200.dtb"); type = "flat_dt"; arch = "ppc"; compression = "none"; hash@1 { algo = "crc32"; }; }; fdt@2 { description = "tqm5200s-fdt"; data = /incbin/("./tqm5200s.dtb"); type = "flat_dt"; arch = "ppc"; compression = "none"; load =; hash@1 { algo = "sha1"; }; }; }; configurations { default = "config@1"; config@1 { description = "tqm5200 vanilla-2.6.23 configuration"; kernel = "kernel@1"; ramdisk = "ramdisk@1"; fdt = "fdt@1"; }; config@2 { description = "tqm5200s denx-2.6.23 configuration"; kernel = "kernel@2"; ramdisk = "ramdisk@1"; fdt = "fdt@2"; }; config@3 { description = "tqm5200s denx-2.4.25 configuration"; kernel = "kernel@3"; ramdisk = "ramdisk@2"; }; }; };
FIT Image的编译和启动
在服务器上,可以使用mkimage工具制作 FIT Image。
如下是kernel_fdt.its,下面将使用该文件制作itb。
/* * Simple U-Boot uImage source file containing a single kernel and FDT blob */ /dts-v1/; / { description = "Simple image with single Linux kernel and FDT blob"; #address-cells =; images { kernel@1 { description = "Vanilla Linux kernel"; data = /incbin/("./vmlinux.bin.gz"); type = "kernel"; arch = "ppc"; os = "linux"; compression = "gzip"; load =; entry =; hash@1 { algo = "crc32"; }; hash@2 { algo = "sha1"; }; }; fdt@1 { description = "Flattened Device Tree blob"; data = /incbin/("./target.dtb"); type = "flat_dt"; arch = "ppc"; compression = "none"; hash@1 { algo = "crc32"; }; hash@2 { algo = "sha1"; }; }; }; configurations { default = "conf@1"; conf@1 { description = "Boot Linux kernel with FDT blob"; kernel = "kernel@1"; fdt = "fdt@1"; }; }; };
$ mkimage -f kernel_fdt.its kernel_fdt.itb DTC: dts->dtb on file "kernel_fdt.its" $ $ mkimage -l kernel_fdt.itb FIT description: Simple image with single Linux kernel and FDT blob Created: Tue Mar 11 16:29:22 2008 Image 0 (kernel@1) Description: Vanilla Linux kernel Type: Kernel Image Compression: gzip compressed Data Size: 1092037 Bytes = 1066.44 kB = 1.04 MB Architecture: PowerPC OS: Linux Load Address: 0x00000000 Entry Point: 0x00000000 Hash algo: crc32 Hash value: 2c0cc807 Hash algo: sha1 Hash value: 264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb Image 1 (fdt@1) Description: Flattened Device Tree blob Type: Flat Device Tree Compression: uncompressed Data Size: 16384 Bytes = 16.00 kB = 0.02 MB Architecture: PowerPC Hash algo: crc32 Hash value: 0d655d71 Hash algo: sha1 Hash value: 25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def Default Configuration: 'conf@1' Configuration 0 (conf@1) Description: Boot Linux kernel with FDT blob Kernel: kernel@1 FDT: fdt@1
在当前目录下就可以找到kernel_fdt.itb,itb文件就可以加载到设备上启动。
> tftp 900000 /path/to/tftp/location/kernel_fdt.itb Using FEC device TFTP from server 192.168.1.1; our IP address is 192.168.160.5 Filename '/path/to/tftp/location/kernel_fdt.itb'. Load address: 0x900000 Loading: ################################################################# ########### done Bytes transferred = 1109776 (10ef10 hex) => iminfo ## Checking Image at 00900000 ... FIT image found FIT description: Simple image with single Linux kernel and FDT blob Created: 2008-03-11 15:29:22 UTC Image 0 (kernel@1) Description: Vanilla Linux kernel Type: Kernel Image Compression: gzip compressed Data Start: 0x009000ec Data Size: 1092037 Bytes = 1 MB Architecture: PowerPC OS: Linux Load Address: 0x00000000 Entry Point: 0x00000000 Hash algo: crc32 Hash value: 2c0cc807 Hash algo: sha1 Hash value: 264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb Image 1 (fdt@1) Description: Flattened Device Tree blob Type: Flat Device Tree Compression: uncompressed Data Start: 0x00a0abdc Data Size: 16384 Bytes = 16 kB Architecture: PowerPC Hash algo: crc32 Hash value: 0d655d71 Hash algo: sha1 Hash value: 25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def Default Configuration: 'conf@1' Configuration 0 (conf@1) Description: Boot Linux kernel with FDT blob Kernel: kernel@1 FDT: fdt@1 => bootm ## Booting kernel from FIT Image at 00900000 ... Using 'conf@1' configuration Trying 'kernel@1' kernel subimage Description: Vanilla Linux kernel Type: Kernel Image Compression: gzip compressed Data Start: 0x009000ec Data Size: 1092037 Bytes = 1 MB Architecture: PowerPC OS: Linux Load Address: 0x00000000 Entry Point: 0x00000000 Hash algo: crc32 Hash value: 2c0cc807 Hash algo: sha1 Hash value: 264b59935470e42c418744f83935d44cdf59a3bb Verifying Hash Integrity ... crc32+ sha1+ OK Uncompressing Kernel Image ... OK ## Flattened Device Tree from FIT Image at 00900000 Using 'conf@1' configuration Trying 'fdt@1' FDT blob subimage Description: Flattened Device Tree blob Type: Flat Device Tree Compression: uncompressed Data Start: 0x00a0abdc Data Size: 16384 Bytes = 16 kB Architecture: PowerPC Hash algo: crc32 Hash value: 0d655d71 Hash algo: sha1 Hash value: 25ab4e15cd4b8a5144610394560d9c318ce52def Verifying Hash Integrity ... crc32+ sha1+ OK Booting using the fdt blob at 0xa0abdc Loading Device Tree to 007fc000, end 007fffff ... OK [ 0.000000] Using lite5200 machine description [ 0.000000] Linux version 2.6.24-rc6-gaebecdfc (m8@hekate) (gcc version 4.0.0 (DENX ELDK 4.1 4.0.0)) #1 Sat Jan 12 15:38:48 CET 2008
bootm启动不同的配置
对于FIT Image,bootm有多种启动方式。
1. bootm2. bootm []:3. bootm []#[# 4. bootm []:[]:5. bootm []:[]:[]:6. bootm []:[]:7. bootm []:- []:8. bootm []:-
对于有多种镜像,多套配置的itb,都是以configurations 中default 指定的配置启动。
bootm 200000
也可以手动指定使用那套配置
bootm 200000#cfg@1
也可以手动搭配不同的镜像节点启动
bootm 200000:kernel@1 800000:ramdisk@2 bootm 200000:kernel@1 800000:ramdisk@1 800000:fdt@1 bootm 200000:kernel@2 200000:ramdisk@2 600000 bootm 200000:kernel@2 - 200000:fdt@1
如果bootm的时候不指定地址,则会使用CONFIG_SYS_LOAD_ADDR配置的地址。
总结
本文对FIT Image作了简单的介绍,更详细的内容可以参考官方文档。后面有时间会动手制作一个FIT Image在板子上跑下。
FIT Image可以兼容于多种板子,而无需重新进行编译烧写。对于有多个kernel节点或者fdt节点等等,兼容性更强。同时,可以有多种configurations,来对kernel、fdt、ramdisk来进行组合。