对ARM的TrustZone理解

TrustZone是ARM对ARM6的扩展，其实只是增加了一条指令，一个配置状态位，以及一个新的有别于核心态和用户态的安全态。ARM并没有把TrustZone设计成能够解决所有的安全问题，它的目标是希望TrustZone能把一些安全性要求高的代码放在安全区域里执行，这也就是TrustZone名字的由来。

ARM把TrustZone固化在硬件里的道理是，系统的安全性不能全靠软件来保证，而且改写现有的不安全的软件，使之更安全也不大可行。较为可行的方案就是引入一块安全的硬件逻辑，并且只让一小块软>件控制此安全逻辑。这样既保护了既有投资，也把系统的安全风险降到最小。

因为操作系统和普通应用都可以运行在安全态，所以安全态不同于传统的运行态环状的特权划分，因此ARM把安全态描述成一个平行区域，称之为安全区，又称为安全监控模式。

核心态程序要进入到安全区运行，必须执行安全监控中断( secure monitor interrupt, SMI) 指令，而应用程序则必须通过API 函数来调用SMI 指令，此时，操作系统要负责检查应用程序是否安全，若通过检查则执行SMI 指令进入到安全区。这样，整个系统的安全性就全由操作系统负责了。换句话说，TrustZone需要软件的支持，才能达到安全目标。

执行SMI 指令的具体动作是，SMI 在CP15的安全状态寄存器中设置S位.。S位扩展还体现在AMBA总线上，这样外设也可以实现对TrustZone的支持。

安全监控程序（固件）是独立于操作系统的、自足的、不可重入的一小段代码。只要CP15安全状态寄存的S位处于置1状态，安全监控程序就要起作用（监测所有处理器操作）。首先监控程序要负责保存>上下文状态，即寄存器内容（一般保存到紧致内存TCM中），并且把当前处理器配置信息保存到CP15的单独一组分编（banked）寄存器中。TrustZone的开销是增加了大约350位状态信息，完成上下文切换需要200时钟周期。

由于TrustZone为安全区配备了单独的缓存、TLB和紧致内存TCM，上下文切换并不会导致这些性能构件内容的倒换，也即不会导致系统性能的降低。

ARM建议把安全监控程序及其运行时需要的内存置于一个TCM块中，以使延迟更低且更可预测。

安全扩展对于中断处理也有影响。因为中断既可以来自外设，也可来自软件，那就必须假定中断有可能造成安全漏洞，这样，在安全代码执行时，就不能简单地让任何中断切入进来。ARM建议的方案是，把中断也分为安全的和非安全的，安全代码只能被安全中断打断。当然，也可以把所有中断都提升为安全的，但那样会引入不必要的延迟。

TrustZone是体系结构的扩展，系统软件可以利用这一扩展提供安全支持，TrustZone本身并不能实现安全保障功能，但这一解决方案硬件实现不复杂，也不增加许多功耗，仍是具有很好性价比的安全嵌入式解决方案。