在我的空闲时间，我喜欢探索和分析嵌入式设备，以了解它们的只读存储器是如何工作的。最近，我专注于一款时钟速度为 300MHz 的 Cortex-M7 MCU，具体是（之前的 Atmel）SAM MCU 系列。这些文档完备的 MCU 提供了各种功能，从通用功能到安全功能。然而，当涉及到“安全位保护”功能时，我发现文档不够详细，因此我决定深入研究并为他人记录我的发现。
SAM MCU 的工作原理
SAM E70/S70/V70/V71 系列嵌入了用于 SAM Boot Assistant（SAM-BA）的内部 ROM，始终映射到地址 0x0080 0000。用于用户应用程序的内部 Flash 映射到地址 0x0040 0000。在 SAM MCU 上有增强型嵌入式 Flash 控制器（EEFC），其中包括许多内容之一是通用 NVM位（GPNVM）。MCU 使用 GPNVM 位[1]来确定是否运行 ROM（SAM-BA）还是用户应用程序，通过将其内容映射到地址 0x0000 0000。
那么..
- SAM-BA: 由 SAM 产品使用的引导加载程序协议，记录在“SAM-BA Boot Program”中。
- GPNVM: SAM E70/S70/V70/V71 设备具有九个通用 NVM (GPNVM) 位，可以通过特定的 EEFC 命令设置或清除。位 1 决定 MCU 在启动时运行 ROM 代码 (0x00800000) 还是用户应用程序 (0x00400000)。GPNVM 位是 EEFC 的一部分，如“增强嵌入式闪存控制器 (EEFC)”章节所述。
安全位功能
SAM E70/S70/V70/V71 系列具有基于 GPNVM 位 0 的安全位。启用时，此位通过 SW-DP、ETM 和快速闪存编程等接口阻止对 Flash、SRAM、核心寄存器和内部外设的任何访问。这确保了 Flash 中代码的保密性。禁用安全位需要断言 ERASE 引脚并执行完整的 Flash 擦除。
擦除密码
换句话说，GPNVM 位不是一个熔断配置，设置安全位后重新使用 MCU 的唯一方法是通过硬件执行完全擦除，或者在您的应用程序中实现软件触发器，如Part1中所述。
好的.... 让我们去看看它的 Flash 控制器（EEFC）！
增强型嵌入式闪存控制器（EEFC）
增强嵌入式闪存控制器（EEFC）提供 Flash 块与 32 位内部总线的接口。它在数据表中有记录，但为了更简单，让我们假设我们想要在地址 0x0040 0000 更新用户应用程序内容，序列将是：
- 将内容写入文档地址（0x0040 0000）
- 请求 EEFC 更新用户应用程序
- \4. EEFC 从映射内存中读取内容并将其存储到内部 Flash 地址。（EEFC 知道的地址）
并且如果我们想要阅读用户应用程序：
- 请求 EEFC 映射用户应用程序
- EEFC 将从未知地址（仅 EEFC 知道的地址）读取用户应用程序
- 将数据映射到 0x0040 0000
- CPU 可以访问用户应用程序
对于其他情况也是一样，比如从[QSPI]中读写数据，它是一个独立的外设，读取唯一标识符..
- CPU 使用 EEFC 命令请求数据
- EEFC 将从页面读取数据
- EEFC 命令将其映射到已知地址
- CPU 可以访问这些数据
现在我们更好地了解了 SAM 将如何在地址 0x0000 0000 开始其应用程序，它看起来是这样的：
在通电后，通常会加载并执行 BootROM 代码以执行下一步操作，不确定其详细信息，因此我将其标记为黑匣子。
- 用户配置包括 GPNVM 位。
足够的内省，让我们开始吧。
SAM 内存映射：
理解 SAMx7x 的内存映射至关重要。ROM 代码位于地址 0x00800000 处，具有用于 EEFC 的外围控制器映射到地址 0x400E0C00。每个外围设备都有一个起始地址和中断 ID。
转储 ROM 代码（SAM-BA-）
这是我们用来转储 ROM 代码的设置，起初我们遇到了关于转储 ROM 代码的问题，因为对错误的内存区域的任何访问都会导致 SAM 崩溃并卡在虚拟处理程序中，每当我们尝试转储 0x00800000 以获取大小> 0x4000 时，它都会崩溃，我们是如何知道的 —> 我们编写了一个简单的代码，访问从 0x0080 0000 开始的内存并打印其地址：内容，并看到最后一个被访问的地址。
所以我们只转储了前 0x4000（16KB），结果发现其中包含了 SAM 重复的 ROM 代码-content（0x0<->0x2000）=content（0x2000<->0x4000）-…也许是为了备用。
为了转储 ROM 代码，我们使用了 JLINK 并执行了命令
1. SaveBin ROM.bin 0x00800000 0x4000
反转 ROM 代码
我们寻找了有关安全位或 JTAG 锁定的参考资料。我们只找到了 SAM-BA 协议的实现。
这是 ROM 代码的向量表。
这是 ROM 代码的主要功能，我们只发现了 SAM-BA 协议的实现，如下截图所示。因此，读取安全位并做出关于 JTAG 锁定的决定似乎与内存映射中的 ROM 部分无关。
这是数据表中提到的 SAM-BA 命令
等一下...这不好玩，让我们完全模拟它的原因如下：
- 用 Python 编写
- 支持 STM MCU（cortex-M3/M4）
- 集成 AFL/gdb 调试器/IDA 插件/..
- 在 Telegram 频道上活跃
其他功能可以在他们的 github (https://github.com/qilingframework/qiling) 上找到，不幸的是，没有完美的东西... 他们对 MCU 部分没有任何文档 :|，但它是用 Python 编写的，所以我们可以阅读源代码来理解它。
模拟 ROM 代码
方法：
1- 模仿简单示例 —> (入门) ，具有最小功能，例如通过 UART1/USART1 发送消息的循环（ex1）
2- 模拟 UART0 回环示例（发送到 UART0 / 从 UART0 接收）（ex2）
3- 模拟 ROM（只读存储器）
ROM 代码将使用 UART0 作为接口：
让我们说它并不简单...调试和追踪事物，以位级别调试寄存器，找到并连接 ASF 延迟函数以模拟延迟操作..
长话短说，我们成功地完全模拟了它，并创建了一个魔法补丁 ! ，以添加所有需要执行此操作的文件。
- 您需要安装 Qiling 要求和 afl-fuzz (https://aflplus.plus/)
补丁文件: https://github.com/0xB4x/SAME70Emulator
模仿示例 1
ROM 仿真提示：
- SAM 模拟器将默认能够直接与 UART0 在终端模式下通信，或者您可以切换到正常模式
- 在命令行中添加 [-s] 将使用来自(https://github.com/abcminiuser/sam-ba-loader)的 SAM-BA 客户端工具，我已经集成到仿真器中以便使用。
- 我实现 EFC，因为有一个目录模仿存储在
[PYTHON_PATH]/site-packages/qiling/hw/flash/same70_efc_content/中的 SAM 存储，目前我只添加了 2 个文件 - GPNVM.storage —> 包含 GPNVM 的 9 位
- UID.storage —> 包含唯一 SN
有许多 EFC 命令：
我已经实现了使 ROM 代码正常工作的内容，下面的截图显示了您可以修改实现的位置。
SAM-BA 客户端的屏幕截图：
- 获取模拟 ROM 代码的版本
- 读取 GPNVM 命令
- 信息命令
使用终端模式的屏幕截图:
- 阅读 ROM 版本
- 阅读地址 0x800000 处的第一个单词
模糊测试
步骤：
1. 1- cd qiling/examples/fuzzing/same70
2. 2- 在运行 bsah fuzz.sh 之前（打开 fuzz.sh 并将 **python** 路径更改为具有 Qiling 的路径）
3. 3- bsah fuzz.sh
我们发现，在 Linux 虚拟机上，模糊测试过程比 macOS 快得多。
- Macos
- Linux 虚拟机
结论
通过这次探索，我对 SAM MCU 的安全功能和模拟 ROM 代码的复杂性有了更深入的了解。虽然 Atmel 提供的文档很详尽，但像安全位保护这样的领域需要更多的实地调查。尽管 Qiling 项目最初缺乏文档，但证明是一个有价值的工具，用于模拟和理解 MCU 的行为。这段旅程不仅增加了我的知识，还突显了在嵌入式系统开发中实际实验的重要性。
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