CN112507399A - 一种固件和用户程序隔离保护方法及终端 - Google Patents

一种固件和用户程序隔离保护方法及终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种固件和用户程序隔离保护方法及终端，通过将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序，安全性更高，且当PLC死机时，不会影响PLC固件的正常运行。

Description

一种固件和用户程序隔离保护方法及终端
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种固件和用户程序隔离保护方法及终端。
背景技术
目前小型PLC基本采用MCU单片机实现。其中编译型的PLC是将PLC的程序(即用户程序)在PC上编译完成后下载到MCU中执行。
然而现有技术中，由于没有做权限的保护，用户程序可以轻易的读取到MCU所有内存和固件，极易被破解，另外，PLC程序运行错误会影响到固件的正常运行。
因此，需要一种固件和用户程序隔离保护方法及终端，能够提高安全性，且当PLC死机时，不会影响PLC固件的正常运行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种固件和用户程序隔离保护方法及终端，能够提高安全性，且当PLC死机时，不会影响PLC固件的正常运行。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的一种技术方案为：
一种固件和用户程序隔离保护方法，包括步骤：
将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；
配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；
配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；
配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；
固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；
用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序。
为了达到上述目的，本发明采用的一种技术方案为：
一种固件和用户程序隔离保护终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；
配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；
配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；
配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；
固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；
用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序。
(三)有益效果
本发明的有益效果在于：通过将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序，安全性更高，且当PLC死机时，不会影响PLC固件的正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例的固件和用户程序隔离保护方法的流程图；
图2为本发明实施例的固件和用户程序隔离保护终端的整体结构示意图。
【附图标记说明】
1：固件和用户程序隔离保护终端；
2：存储器；
3：处理器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
请参照图1，一种固件和用户程序隔离保护方法，包括步骤：
将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；
配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；
配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；
配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；
固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；
用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序。
所述的固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序具体为：
固件调用用户程序时，先通过SVC异常切换到用户态，新建与所述用户态相对应的第一堆栈；
将要调用的用户程序的地址和参数压入所述第一堆栈中，并调用所述第二区域的第一函数执行所述用户程序；
执行完成后，将返回值作为SVC异常的参数，SVC异常切换回特权态，完成用户程序的调用。
所述的用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件具体为：
用户程序调用固件时，先调用SVC异常切换到特权态，新建与所述特权态相对应的第二堆栈；
将要调用的系统程序的编号和参数压入所述第二堆栈中，并调用所述第二区域的第二函数执行所述系统程序；
执行完成后，将执行结果作为SVC异常的参数，SVC异常切换回用户态，完成固件的调用。
实施例二
本实施例和实施例一的区别在于，本实施例将结合具体的应用场景，进一步说明本发明上述固件和用户程序隔离保护方法是如何实现的：
1、MPU的配置
(1)将SRAM分为3个区域A(第一区域)、B(第二区域)和C(第三区域)区域；
(2)将A区域设置为固件不可写，可读，可执行，梯形图(用户程序)不可以读写执行；
(3)将B区域设置为固件和梯形图不可写，可读，可执行
(4)将C区域设置为固件可以写，可以读，不可执行，梯形图不可写，可读，可执行；
(5)通过A区域的配置，使得梯形图无法访问和执行固件的系统程序；
(6)通过C区域的配置，使得固件可以更新梯形图程序，但是不可以直接执行梯形图程序。由于用户程序仅能在C区域执行，在C区域是固件(特权态)不能执行的程序。从而保证梯形图不会在特权态执行，从而限制其访问；
(7)B区域作为固件和梯形图都可以执行的区域，作用在于提供固件和梯形图程序相互切换区域。固件要切换到梯形图先切换状态到此区域执行再调用梯形图。梯形图要切换回固件，先切换到此区域再切换到固件。
2、PLC固件调用PLC程序的执行
(1)由于固件无法直接调用执行梯形图，所以通过SVC的异常来进行切换；
(2)本流程的目的在于：通过SVC异常保存特权态当前寄存器到特权态的栈，并且新建一个用户态的梯形图栈用于执行用户程序，SVC退出后使用梯形图栈执行梯形图，梯形图执行完成后返回亦然。
(3)PLC固件调用SVC异常，设置异常退出后切换到用户态；
(4)新建一个空的用户态栈UserStack(第一堆栈)，此栈为向下生长的栈；
(5)设置UserStack[0]为调用特权态要调用的梯形图函数的地址；
(6)设置UserStack[-1]为调用特权态要调用的梯形图函数的参数；
(7)设置UserStack[-6]为定义在B区域的函数，为异常退出后执行的函数CallUserAppInPSP；
(8)将UserStack设置为系统的用户态的栈；
(9)设置异常退出后切换到用户态，并使用用户态栈；
(10)通过5-9的设置，使得异常退出后处于用户态，使用UserStack为用户态的栈，调用位于内存B区域的CallUserAppInPSP(void*userapp，void*param)函数(第一函数)；
(11)由于ARM CPU特性，UserStack[0]即为形参userapp的值，UserStack[-1]为形参param的值；
(12)CallUserAppInPSP函数中将实际调用UserStack[0]执行；
(13)当梯形图函数执行完成后，返回CallUserAppInPSP；
(14)CallUserAppInPSP调用SVC异常，并将返回值作为SVC异常的参数；
(15)将系统栈SysStack[0]设置为UserStack[0]，即为SVC异常的返回值；
(16)设置SVC异常返回后为特权态，使用特权态栈；
(17)SVC异常返回；
(18)结束。
3、PLC程序调用固件的提供的功能函数
(1)由于梯形图无法直接调用固件的程序，所以通过一个SVC异常来进行CPU特权态的切换和栈的切换。从而让梯形图可以调用固件提供的功能。
(2)PLC程序调用位于B区域的SystemCallInPSP函数，并将要调用的系统函数的编号，系统函数的参数作为函数SystemCallInPSP的参数
(3)SystemCallInPSP调用SVC异常，将要调用的函数编号和参数作为SVC参数；
(4)SVC异常中，新建一个特权态的栈SysStack2(第二堆栈)，此栈为向下生长的栈。
(5)将SysStack2[0]设置为调用的系统函数的编号；
(6)将SysStack2[-1]设置为调用的系统函数的参数；
(7)设置SysStack2[-6]为定义在B区域的函数，为异常退出后执行的函数SystemCallInMSP；
(8)将系统的特权态的栈从SysStack改为SysStack2；
(9)通过5-8的设置，使得异常退出后切换到特权态，并使用特权态栈，执行位于B区域的函数SystemCallInMSP(第二函数)；
(10)SystemCallInMSP根据系统函数的编号，执行对应的函数。
(11)执行完成后，调用SVC异常，并将执行结果作为SVC异常的参数。
(12)将用户栈UserStack[0]设置为SysStack2[0]；
(13)将系统特权态栈重新设置回SysStack；
(14)设置SVC异常返回后为用户态，使用用户态栈。
(15)异常返回SystemCallInPSP；
(16)结束。
4、SVC异常如何传递参数和返回值
(1)根据AAPCS(Arm Procedure Call Standard)的规定；
(2)函数的参数0，1，2的值存储在寄存器R0，R1，R2。
(3)函数的返回值也存储在寄存器R0
(4)所以
__asm int SVC_0(int returnval)
{
SVC 0
BX LR//NEVER EXECUTE
}
参数returnval将保存在R0，进入SVC异常后，可以通过异常前的栈的栈顶来访问。
当调用SVC异常后，如果SVC异常通过修改异常前的栈的栈顶的值，则此时R0为修改后的栈顶的值。当BX LR时，R0则作为函数SVC_0的返回值。
5、SVC自动入栈
(1)根据ARM参考手册的定义，当进入异常后，R0-R3，R12，LR，PC，xPSR将自动入异常前所使用的栈。这是CPU自动完成的。
实施例三
请参照图2，一种固件和用户程序隔离保护终端1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述程序时实现实施例一中的各个步骤。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种固件和用户程序隔离保护方法，其特征在于，包括步骤：
将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；
配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；
配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；
配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；
固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；
用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序。
2.根据权利要求1所述的固件和用户程序隔离保护方法，其特征在于，所述的固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序具体为：
固件调用用户程序时，先通过SVC异常切换到用户态，新建与所述用户态相对应的第一堆栈；
将要调用的用户程序的地址和参数压入所述第一堆栈中，并调用所述第二区域的第一函数执行所述用户程序；
执行完成后，将返回值作为SVC异常的参数，SVC异常切换回特权态，完成用户程序的调用。
3.根据权利要求1所述的固件和用户程序隔离保护方法，其特征在于，所述的用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件具体为：
用户程序调用固件时，先调用SVC异常切换到特权态，新建与所述特权态相对应的第二堆栈；
将要调用的系统程序的编号和参数压入所述第二堆栈中，并调用所述第二区域的第二函数执行所述系统程序；
执行完成后，将执行结果作为SVC异常的参数，SVC异常切换回用户态，完成固件的调用。
4.一种固件和用户程序隔离保护终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
将SRAM划分为第一区域、第二区域和第三区域；
配置所述第一区域对固件不可写、可读和可执行，对用户程序不可读写和不可执行；
配置所述第二区域对固件和用户程序均不可写、可读和可执行；
配置所述第三区域对固件可写、可读和不可执行，对用户程序不可写、可读和可执行；
固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序；
用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件的系统程序。
5.根据权利要求4所述的固件和用户程序隔离保护终端，其特征在于，所述的固件调用用户程序时，先切换状态到所述第二区域执行再调用用户程序具体为：
固件调用用户程序时，先通过SVC异常切换到用户态，新建与所述用户态相对应的第一堆栈；
将要调用的函数的地址和参数压入所述第一堆栈中，并调用所述第二区域的第一函数执行所述用户程序；
执行完成后，将返回值作为SVC异常的参数，SVC异常切换回特权态，完成用户程序的调用。
6.根据权利要求4所述的固件和用户程序隔离保护终端，其特征在于，所述的用户程序调用固件时，先切换状态到所述第二区域执行再调用固件具体为：
用户程序调用固件时，先调用SVC异常切换到特权态，新建与所述特权态相对应的第二堆栈；
将要调用的系统程序的编号和参数压入所述第二堆栈中，并调用所述第二区域的第二函数执行所述系统程序；
执行完成后，将执行结果作为SVC异常的参数，SVC异常切换回用户态，完成固件的调用。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101283333A (zh) * 2005-11-14 2008-10-08 英特尔公司 用于在引导一个分区时维持另一个分区的方法和装置
US20100107148A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 International Business Machines Corporation Check-stopping firmware implemented virtual communication channels without disabling all firmware functions
CN104115154A (zh) * 2012-02-08 2014-10-22 Arm有限公司 当在域之间切换时维持安全数据与不安全访问相隔离
CN104462953A (zh) * 2013-09-16 2015-03-25 联想(北京)有限公司 一种信息处理方法及电子设备
CN110806883A (zh) * 2018-08-06 2020-02-18 中兴通讯股份有限公司 一种固件的安全升级方法、装置及计算机可读介质

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101283333A (zh) * 2005-11-14 2008-10-08 英特尔公司 用于在引导一个分区时维持另一个分区的方法和装置
US20100107148A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 International Business Machines Corporation Check-stopping firmware implemented virtual communication channels without disabling all firmware functions
CN104115154A (zh) * 2012-02-08 2014-10-22 Arm有限公司 当在域之间切换时维持安全数据与不安全访问相隔离
CN104462953A (zh) * 2013-09-16 2015-03-25 联想(北京)有限公司 一种信息处理方法及电子设备
CN110806883A (zh) * 2018-08-06 2020-02-18 中兴通讯股份有限公司 一种固件的安全升级方法、装置及计算机可读介质

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