X5 eFuse 介绍

以下关于开启secure boot要烧写secure bank13-20，non secure bank10的bit0的介绍，仅针对于由地瓜key对BL2加密签名的芯片，如果是由客户key签名BL2的芯片(X5 Customer root rsa key hash烧录及使用)，可以忽略对应部分

概述

eFuse（电子熔丝）是一种可编程的非易失性存储技术，广泛用于各种硬件平台上，如微控制器（ MCU）、处理器、嵌入式设备、 SoC（系统级芯片）等。 eFuse 通过电子方式进行编程，能够存储和保护敏感信息，且具有在编程后不可更改的特性。

eFuse 通常用于存储设备的安全密钥、配置参数、设备标识符、校准数据等重要信息。

X5 eFuse 特性

X5 eFuse 分为 secure bank 和 non-secure bank，每个 region 有 32 个 bank，每个 bank 是 32bit，即每个 region 有 128Byte。其布局如下

efuse_banks

支持特性如下

eFuse 比特位默认均为 0，可以从 0 写为 1 ，但不能从 1 写为 0 （eFuse 硬件特性）
用户可烧写的区域

区域	bank	用途	备注
secure	13 - 20	公钥hash 对应文件 `bl2_rot_prikey.pem`	当使用客户的 key 签名 BL2，这些 bank 由客户自由定义考虑到安全问题，这些 bank 写过数据不为0后，不论是否 lock，都不允许再次写入了
secure	25 - 28	用户的 user root aes key
non-secure	10	配置开启 secure boot 和关闭 JTAG	当使用客户的 key 签名 BL2，bit0 由客户自由定义
non-secure	11 - 13	用户自定义数据	在没有 lock 的情况下，这些 bank 中未更新为1的 bit，仍然可以继续更新

特殊 bank 说明
- secure 和 non-secure region 的 bank0 的每个 bit 表示对应的 bank 是否被 lock， 1 表示 lock， 0 表示没有 lock.
- non-secure bank10 用于设置 secure boot 和 JTAG 使能开关，其定义如下

比特位	功能描述	定义	默认值
bit0	enable secure boot	0 : 关闭 secure boot 1 : 开启 secure boot	0
bit1	disable debug port	0 : 开启 JTAG 1 : 关闭 JTAG	0

eFuse 的烧录（读写），可通过以下三个阶段：

BL2 阶段
uboot 阶段
kernel 阶段

BL2 烧录 eFuse

eFuse 配置文件

eFuse 的配置信息位于 BL2 CFG 文件中，文件路径为 device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/bl2_cfg.json。

其内容如下所示：

{
    "bl2_cfg": {
        ...
      },
      "efuse_cfg": {
        "bypass": 1,
        "secure_boot": "false",
        "debug_disable": "false",
        "burn_user_rot_key": "false",
        ...
      },
	   "nonsecure_bank": {
            "bank11":["0x0"],
            "bank12":["0x0"],
            "bank13":["0x0"]
        },
}

参数说明

bypass: bl2 是否烧录 eFuse
- 1 : 表示 bypass
- 0 : 表示 bl2 将烧录 eFuse
secure_boot: 是否开启 secure boot，对应 eFuse 的 non-secure bank10 bit0
- false : 表示不开启 secure boot
- true : 表示开启 secure boot，开启会将 Uboot 公钥的 hash 烧写到 eFuse secure region bank13~20
debug_disable: 是否禁止 debug port，对应 eFuse 的 non-secure bank10 bit1
- false : 表示开启 debug port
- true : 表示禁止 debug port
burn_user_rot_key: 是否要烧写 user root aes key。对应的 key 文件位于 device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/user_root.key，同时注意为小端格式
nonsecure_bank: 要烧写的 non-secure bank11/12/13 的值

注意:

在烧写 eFuse 之后，相应的 bank 都会被 lock
BL2 CFG 会被打包到镜像中，如果要烧录 user root aes key，直接将 key 保存到外部 storage，如 eMMC 中并不安全，推荐使用以下方法：
- 在 Linux 下调用接口的形式更新 key
- 通过 UART/USB 形式下载 miniboot 更新 key，路径位于 out/product/uart_usb，并妥善保存该文件夹。

eFuse 电源控制与烧录状态

eFuse 烧录状态

BL2 可以通过一个 GPIO 指示烧录成功或失败的状态。如烧写成功拉高该 GPIO，烧写失败保持为低，在硬件上可通过外接 LED 用于显示 eFuse 烧录状态。

以 device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/bl2_cfg.json 为例，通过 efuse_cfg 配置 :

{
    "bl2_cfg": {
        ...
      },
      "efuse_cfg": {
        "bypass": 1,
        "secure_boot": "false",
        "debug_disable": "false",
        "burn_user_rot_key": "false",
        "status_gpio" : {
            "gpio_sub": "none",
            "gpio_group": 0,
            "gpio_num": 0
        },
        "delay_before_efuse": 0,
        "delay_after_efuse": 0
      },
        ...
}

status_gpio 字段表示用于指示 eFuse 烧写状态的 GPIO 信息，其可配置参数如下
- gpio_sub: 表示 GPIO 所在的 subsystem，包括 aon，hsio，lsio，dsp
- gpio_group: 表示 GPIO 的 group
- gpio_num: 表示 GPIO 号
- polarity：可选参数，表示 GPIO 的默认值， default_low 默认为低， default_high 默认为高，该字段不写时，选择为 default_low
delay_before_efuse: 烧写前操作 power_gpio 后到真正烧写 eFuse 的延迟时间，单位 ms，目的是为了保证在烧写之前 eFuse 电源是稳定的
- 默认配置为 0 时，延迟时间为 1s
- 这个时间只有在真正烧写 eFuse 时才会起作用。例如在产线烧录固件后第一次启动， BL2 将要烧录 eFuse，此时延时时间起作用，之后再次启动由于不会重复烧写 eFuse，因此这个延时时间也就失效了
delay_after_efuse: 表示烧写完成之后的动作，其定义如下

delay_after_efuse	烧写完成之后的行为
0	烧写成功代码继续执行，烧写失败停止
-1	烧写成功与否，代码都停止
正值	烧写失败代码停止，成功则 delay 一段时间，单位 ms
负值（不包括 -1 ）	烧写成功失败都 delay 一段时间，单位 ms

eFuse 电源控制

在硬件设计时 eFuse 默认电源关闭，只有在烧写 eFuse 的阶段才上电， BL2 在烧录 eFuse 之前会操作一个 GPIO（如拉高电平）来通知外部给 eFuse 上电，烧录完成后再次操作一次（如拉低）来通知烧录完毕， eFuse 应下电。

注意: X5 默认使用的是 aon gpio0_7 控制 eFuse 电源，如果使用其他 GPIO，则需要添加特殊字段 power_gpio 描述该信息

如下所示，使用方法和 status_gpio 字段类似。

{
    "bl2_cfg": {
        ...
      },
      "efuse_cfg": {
        ...
        "power_gpio" : {
            "gpio_sub": "none",
            "gpio_group": 0,
            "gpio_num": 0
        },
        ...
      },
        ...
}

使用示例

示例 : 以 aon gpio0_7 为 power GPIO，hsio1_1 为 state GPIO ，两个 GPIO 默认值都是低，则最终的状态如下

power GPIO	status	描述
先拉高再拉低	拉高	烧写成功
先拉高再拉低	拉低	烧写失败
一直未拉高	x	未进入烧写 eFuse 流程，如上电失败

uboot 读写 eFuse

在 uboot 命令支持读写 eFuse，支持三个 eFuse 命令 dump， read 和 write。

读取 eFuse

uboot 读取 eFuse 信息命令 efuse dump

该命令用于读取 socid， public key hash 和 non-secure 区域的值

efuse_dump

读取 eFuse 指定 bank 值

uboot 读取 eFuse 指定 bank 值命令格式 efuse read [type] [bank_index] 参数说明

type: secure 表示是读取 secure region， nonsecure 表示读取 non-secure region
bank_index: 表示要读取的 bank 的 index， 16 进制形式

注意: 可读区域

secure region 的 bank0 ， bank13~bank20 可以读
non secure region 的所有 bank 均可读

执行命令后，将返回相应 bank 的值以及它的 lock 状态

Hobot>efuse read nonsecure 0xc
value:0xabcdef12
lock:true

Hobot>efuse read secure 0x13
value:0xed3137
lock:true

写入 eFuse

该命令用于写入 eFuse 相应 bank，命令格式如下

efuse write [type] [bank_index] [bank_value] [lock_status]

type: secure 表示写 secure region， nonsecure 表示写 non-secure region
bank_index: 表示要写的 bank 的 index， 16 进制形式
bank_value: 表示要写的 bank 的 value， 16 进制形式
lock_status: 烧写之后是否要 lock，取值范围 lock/unlock

注意: 可读区域

secure region 的 bank13~bank20 ， bank25~bank28 可写
non-secure region 的 bank10/11/12/13 可写。

示例: 将 0x1eff5f0d 写入 secure region bank20

Hobot>efuse write secure 0x14 0x1eff5f0d lock
write SECURE bank:0x14 success

注意事项

执行 efuse write 命令之后，需要在重启之后才能读到正确的数据
eFuse 电源默认是关闭状态，通过 aon gpio0_7 来控制，在 efuse write 命令中，其控制时序如下 :
1. 先将该 aon gpio0_7 拉高，给 eFuse 上电
2. 等待 1S，待 eFuse 电源稳定之后，再写 eFuse
3. 写 eFuse 完成，控制 GPIO 下电

示例: 将 user root aes key 写入 secure bank 25 - 28

烧录 user root aes key，对应的 key 文件位于 device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/user_root.key，同时注意为小端格式

$ hexdump user_root.key -C
00000000  78 56 34 12 89 67 45 23  9a 78 56 34 ab 89 67 45  |xV4..gE#.xV4..gE|
00000010

user root aes key 的内容如上，则对应烧录

secure bank[25]=0x12345678

secure bank[26]=0x23456789

secure bank[27]=0x3456789a

secure bank[28]=0x456789ab

Linux 读写 eFuse

在 Linux 中提供了接口用于读写 eFuse，动态库是 libefuse.so，头文件是 drobot_efuse.h

API 参考

drobot_efuse_read : 读 eFuse 接口
drobot_efuse_write : 写 eFuse 接口

数据结构

efuse_type

enum efuse_type 表示 efuse 的类型

名称	含义
EFUSE_SECURE	secure region
EFUSE_NONSECURE	non-secure region

efuse_info

struct efuse_info 是描述 efuse 某个 bank 信息的结构体

名称	类型	最小值	最大值	默认值	含义
type	efuse_type	-	-	-	efuse 的类型
bank	uint32_t	-	-	-	bank 的 index 值
value	uint32_t	-	-	-	bank 的 value 值
lock	bool	-	-	-	该 bank 是否 lock

接口说明

drobot_efuse_read

【函数声明】

int drobot_efuse_read(struct efuse_info *efuse);

【功能描述】

用于读 eFuse 某个 bank 的值

【参数描述】

[IN] struct efuse_info *efuse : 要读取的 efuse bank 属性结构体指针， efuse bank 属性结构体为 efuse_info

【返回值】

成功，返回 0
失败：异常为负值

drobot_efuse_write

【函数声明】

int drobot_efuse_write(struct efuse_info *efuse);

【功能描述】

用于写 eFuse 某个 bank 的值

【参数描述】

[IN] struct efuse_info *efuse : 要写入的 efuse bank 属性结构体指针， efuse bank 属性结构体为 efuse_info

【返回值】

成功，返回 0
失败：异常为负值

示例: 将 user root aes key 写入 secure bank 25 - 28

烧录 user root aes key，对应的 key 文件位于 device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/user_root.key，同时注意为小端格式

$ hexdump user_root.key -C
00000000  78 56 34 12 89 67 45 23  9a 78 56 34 ab 89 67 45  |xV4..gE#.xV4..gE|
00000010

user root aes key 的内容如上，则对应烧录

secure bank[25]=0x12345678

secure bank[26]=0x23456789

secure bank[27]=0x3456789a

secure bank[28]=0x456789ab

注意事项

开启 secure boot 的操作顺序

以下仅针对于烧了地瓜KEY的芯片，如果是烧的是客户自己的KEY，请跳过

non secure bank10 的 bit0 用于开启 secure boot，开启后启动阶段将验证各个阶段镜像。如果没有烧写公钥 hash （即 secure region bank13~20 ），将导致验证失败。所以开启 secure boot 之前要先烧写公钥 hash。

公钥的 hash 数据保存在 BSP 路径 out/deploy/uboot/pubkey-hash.txt，可以在 uboot 阶段烧入 secure region bank13~20 。

强制开启 debug port

non secure bank10 的 bit1 用于关闭 debug port，若烧写 eFuse 将其关闭之后，仍然需要开启 debug，可通过 BL2 CFG 的 socid 白名单机制进行开启。

注意: 最多支持100个 socid 白名单

通过以下命令获取 socid

hrut_socuid

将 socid 填充到 BL2 CFG 文件中

{
    "bl2_cfg": {
      "feature": {
        ...
      },
      "efuse_cfg": {
        .....
      },
      "socid":["0x12345678123456781234567812345678","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0",
      "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0","0x0", "0x0", "0x0", "0x0", "0x0"]
    }
}

编译之后，再次烧写镜像，将会开启 debug port