RISC-V生态全景解析（十四）：YoC组件介绍系列四: PARTITION组件-阿里云开发者社区

RISC-V生态全景解析（十四）：YoC组件介绍系列四: PARTITION组件

2021-11-22 440

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简介： 芯片开放社区（OCC）面向开发者推出RISC-V系列内容，通过多角度、全方位解读RISC-V，系统性梳理总结相关理论知识，构建RISC-V知识图谱，促进开发者对RISC-V生态全貌的了解。

编辑语：

芯片开放社区（OCC）面向开发者推出RISC-V系列内容，通过多角度、全方位解读RISC-V，系统性梳理总结相关理论知识，构建RISC-V知识图谱，促进开发者对RISC-V生态全貌的了解。

YoC基础软件平台具有丰富的IoT组件，可有效支持RISC-V生态应用开发。前几期内容中，我们已经陆续介绍了YoC的CSI组件、AT组件和AV（多媒体）组件。本期内容，我们将为大家介绍YoC的PARTITION组件，从分区表介绍、配置与接口、配置示例三方面带大家详细了解该组件。

01 概述

PARTITION组件是一个分区管理的组件。基于分区表(MTB)的分区信息来统一管理Flash分区，对分区进行统一的读写、擦除、以及验签的操作。

下面就来介绍下分区表的定义以及组件提供的一些API接口。

02 分区表介绍

分区表简称为MTB(manifest table)。保存系统镜像的基本信息以及签名值。MTB分为两类。

名称	说明
BMTB	bootloader manifest table，记录bootloader镜像的信息，给bootrom使用
IMTB	images manifest table，记录除bootloader以外的其他镜像的信息，给bootloader使用

其中IMTB是必须的，而BMTB则取决于芯片bootrom的设计，是否需要这张BMTB表，使用BMTB的优势是可以灵活的配置boot的地址信息,避免固化在bootrom里。这2张表本身就是以分区的形式存储在Flash中的，在定义分区的时候要预留出来。分区名字也是固定为"bmtb"和"imtb"。

截屏2021-11-22 下午9.29.29.png

分区的信息存储在一个叫config.yaml的文件中，一般放在工程的board或者solution目录下，在打包镜像的时候通过工具自动生成bmtb/imtb两个镜像。

一个典型的分区表如下：

mtb_version: 4
chip: pangu        # cb2201 / cb6501 / pangu
diff:
  fota_version: 0
  ram_buf: 50         #DEC     KB   ( max ram need)
  flash_buf: 16       #DEC     KB   ( buffer size)
  flash_sector: 4096  #DEC     byte ( flash sector)
  diff_mode: 010      #BIN
  double_control: 1   #DEC (1--use 2 sector for diff restore,0--1 sector)
flash:
  base_address: 0x8000000       # the base address of flash
  run_base_address: 0x18000000  # the run address, maybe sdram address
  sector: 4096                  # Bytes
  size: 16777216                # Bytes, $(sector count) * sector
partitions:
  - { name: bmtb,   address: 0x8000000, size: 0x001000 }
  - { name: boot,   address: 0x8001000, size: 0x020000 }
  - { name: tee,    address: 0x8021000, load_addr: 0x18000000, size: 0x010000 }
  - { name: imtb,   address: 0x8031000, size: 0x002000 }
  - { name: prim,   address: 0x8033000, load_addr: 0x18010000, size: 0x300000, verify: true, update: FULL}
  - { name: kv,     address: 0x8633000, size: 0x004000 }
  - { name: lpm,    address: 0x8637000, size: 0x020000 }
  - { name: misc,   address: 0x8657000, size: 0x400000 }

下面介绍下各个字段的意思。

2.1 一级字段说明

字段	说明
mtb_version	MTB格式版本号，默认填4即可
chip	芯片类型
diff	用于差分升级相关的配置参数
flash	flash信息相关参数
partitions	分区表相关参数

2.2 diff字段说明

字段	是否必选	说明
ram_buf	是	差分还原时所需的ram空间，单位KB；大于2.3倍flash缓存大小；建议配置为设备系统最大可用内存，以提高差分效率；大致计算公式： ram_buf = 2.2 * <flash_buf> + 2 * <flash_sector> + 1024B；
flash_buf	是	差分还原时所需的flash缓存空间，最小4KB，单位KB；大于扇区大小，且为扇区大小整数倍；
flash_sector	是	flash扇区大小，单位byte；
diff_mode	是	差分模式，二进制字符串，默认使用10模式即可； value verify auto_config 00 disable disable 01 disable enable 10 enable disable 11 enable enable
double_control	否	是否使用2个flash_sector作为差分控制区域；此字段不填或者0：1个sector，1：2个sector；如果在Flash空间上没有特别的紧张，建议使用2个sector作为差分控制区域；

2.3 flash字段说明

字段	是否必选	说明
base_address	是	flash的起始绝对地址
run_base_address	否	镜像的运行地址，不填则为flash起始地址
sector	是	flash每个sector的尺寸，单位byte
size	是	flash总的大小，单位byte

2.4 partitions字段说明

字段	是否必选	说明
name	是	分区名字，最长8个字节
address	是	分区起始地址
load_addr	否	分区加载地址，如果没有此字段，则默认使用address为加载地址
size	是	分区大小，单位byte
update	否	分区升级类型[DIFF, FULL, NONE]，不填则默认为NONE；针对boot分区的升级需要谨慎，因为本身升级的功能在boot里面。
verify	否	是否要对分区进行签名
file	否	指定分区对应的镜像文件名字，不填则表示文件名与分区名相同

2.5 常用分区说明

分区	说明
imtb	分区表信息，包含所有分区位置及安全信息
tee	安全执行镜像
boot	bootloader
prim	应用镜像
kv	用户数据区域
misc	升级备份区
lpm	低功耗信息保存区

2.6 注意事项

bmtb分区名字固定，大小为1个sector大小，非必选分区。
imtb分区名字固定，大小为2个sector大小，必选分区。最好放在比较靠前的地址区域，可以减少查表的时间。
tee、prim、boot、kv分区名字固定，不建议修改，大小根据用户自己实际情况来配置，sector对齐。
misc分区名字固定，全量和差分升级时所需要的备份分区，大小根据实际情况来配置，sector对齐。
其他分区大小也是sector对齐，名字用户可以自定义。

03 配置与接口介绍

介绍partition组件的一些参数配置和常用API接口。

3.1 参数配置

以下宏定义在PARTITION组件的yoc/partition.h文件中，用户可以在应用方案的package.yaml中的def_config字段中进行重新定义。

宏配置	说明
CONFIG_MAX_PARTITION_NUM	分区个数配置。定义最大的分区个数，如果用户没有自定义，那么默认为12个分区大小。如果ram资源比较紧张，而分区又没有达到12个，那么可以把这个宏改成实际分区个数。每减少一个分区，分别可以节省40个字节的data段size，和调用partition_init的任务最多40个字节的栈空间。
CONFIG_PARITION_NO_VERIFY	分区校验配置。是否开启分区校验功能，默认值为1，为不开启校验。安全的方案需要配置成0。
CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC	安全区域设置配置。配置分区的访问权限。是否支持设置安全区域，默认值为1，不支持设置安全区域。如果芯片支持，可以在board组件中配置为0，开启此功能。

3.2 接口介绍

API接口定义在yoc/partition.h文件中。提供了包括分区初始化、打开、关闭、读写、Verify等操作。

整个系统中需要调用partition_init初始化一次，后面才能对分区进行一些操作。

接口	说明
partition_init	分区初始化
partition_open	打开分区
partition_close	关闭分区
partition_info_get	获取分区信息
partition_read	读取分区数据
partition_write	往分区写数据
partition_erase	擦除分区数据
partition_verify	校验分区
partition_all_verify	校验所有分区
partition_get_digest	获取分区数字摘要信息
partition_set_region_safe	设置安全区域，调用此接口可以把分区配置成只在安全环境下可读写。

3.3 Flash操作接口适配

在yoc/partition_flash.h文件中，定义了一个partition_flash_ops_t结构体，有自定义Flash操作接口的用户可以实现这个结构体的操作接口，并通过partition_flash_register接口进行注册。

注意：系统默认带有一套基于设备驱动框架的Flash接口。如果是无操作系统的应用，则需要用户自己实现一套接口，并注册。

以下为在BOOT方案中实现Flash接口的一个例子：

#include <drv/spiflash.h>
#include <yoc/partition_flash.h>
static csi_spiflash_t spiflash_hd;
static csi_spiflash_info_t spiflash_info;
static int _boot_flash_info_get(void *handle, partition_flash_info_t *info)
{
    if (info != NULL) {
        csi_error_t ret = csi_spiflash_get_flash_info(&spiflash_hd, &spiflash_info);
        if (ret != CSI_OK) {
            return -1;
        }
        info->start_addr = spiflash_info.xip_addr;
        info->sector_size = spiflash_info.sector_size;
        info->sector_count = spiflash_info.flash_size / spiflash_info.sector_size;
        return 0;
    }
    return -1;
}
static int _boot_flash_read(void *handle, uint32_t addr, void *data, size_t data_len)
{
    int ret = csi_spiflash_read(&spiflash_hd, addr - spiflash_info.xip_addr, data, data_len);
    if (ret < 0) {
        return -1;
    }
    return 0;
}
static int _boot_flash_write(void *handle, uint32_t addr, void *data, size_t data_len)
{
    int ret = csi_spiflash_program(&spiflash_hd, addr - spiflash_info.xip_addr, data, data_len);
    if ( ret < 0) {
        return -1;
    }
    return 0; 
}
static int _boot_flash_erase(void *handle, uint32_t addr, size_t len)
{
    csi_error_t ret;
    if (len % spiflash_info.sector_size) {
        len = (len / spiflash_info.sector_size + 1) * spiflash_info.sector_size;
    }
    ret = csi_spiflash_erase(&spiflash_hd, addr, len);
    if (ret) {
        return ret;
    }
    return 0;
}
static const partition_flash_ops_t g_flash_ops = {
    .open = NULL,
    .close = NULL,
    .info_get = _boot_flash_info_get,
    .read = _boot_flash_read,
    .write = _boot_flash_write,
    .erase = _boot_flash_erase
};
int boot_flash_init(void)
{
    csi_spiflash_qspi_init(&spiflash_hd, 0, NULL);
    partition_flash_register((void *)&g_flash_ops);
    return 0;
}

04 配置示例

下面介绍几种方案的配置。主要是BOOT、TEE、APP三种类型的方案。其中BOOT、TEE是无操作系统的，APP是带操作系统的。

4.1 BOOT方案

BOOT方案只涉及到package.yaml的配置。

4.1.1 非安全方案

def_config:
  CONFIG_PARITION_NO_VERIFY: 1
  CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC: 1

4.1.2 安全方案

def_config:
  CONFIG_PARITION_NO_VERIFY: 0
  CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC: 0

4.2 TEE方案

TEE方案只涉及到package.yaml的配置。

def_config:
  CONFIG_PARITION_NO_VERIFY: 0
  CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC: 0

4.3 APP方案

APP方案涉及到package.yaml和config.yaml的配置。

4.3.1 非安全方案

非安全的方案不会对分区进行验签，没有TEE。

config.yaml分区配置表中partitions字段的配置

partitions:
  - { name: bmtb,   address: 0x8000000, size: 0x001000 }
  - { name: boot,   address: 0x8001000, size: 0x020000 }
  - { name: imtb,   address: 0x8031000, size: 0x002000 }
  - { name: prim,   address: 0x8033000, load_addr: 0x18010000, size: 0x300000, update: FULL}
  - { name: kv,     address: 0x8633000, size: 0x004000 }
  - { name: lpm,    address: 0x8637000, size: 0x020000 }
  - { name: misc,   address: 0x8657000, size: 0x400000 }

应用方案的package.yaml文件

def_config:
  CONFIG_PARITION_NO_VERIFY: 1
  CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC: 1

4.3.2 安全方案

安全方案需要对分区进行验签，需要有TEE的系统。当然还需要有OTP或者eFuse来保证验签公钥的安全可靠性。

config.yaml分区配置表中partitions字段的配置

partitions:
  - { name: bmtb,   address: 0x8000000, size: 0x001000 }
  - { name: boot,   address: 0x8001000, size: 0x020000 }
  - { name: tee,    address: 0x8021000, load_addr: 0x18000000, size: 0x010000, verify: true }
  - { name: imtb,   address: 0x8031000, size: 0x002000 }
  - { name: prim,   address: 0x8033000, load_addr: 0x18010000, size: 0x300000, verify: true, update: FULL}
  - { name: kv,     address: 0x8633000, size: 0x004000 }
  - { name: lpm,    address: 0x8637000, size: 0x020000 }
  - { name: misc,   address: 0x8657000, size: 0x400000 }

跟非安全方案相比较，主要是多了TEE系统分区，然后对tee和prim分区进行验签配置。对需要验签的分区加上verify: true，打包工具会把这个字段保存到imtb表中，由bootloader去判断这个分区是否需要验签。

应用方案的package.yaml文件

def_config:
  CONFIG_PARITION_NO_VERIFY: 0
  CONFIG_NOT_SUPORRT_SASC: 0

05 下期预告

PARTITION组件是一个轻量级的分区管理组件。用户可以根据宏进行灵活的配置，打开或者关闭某些功能。是一个适用于RTOS系统或者裸系统的功能组件。下期内容，我们将为大家介绍YoC的KV组件，欢迎大家持续关注RISC-V系列内容。

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