在微課堂第四十九期和第五十期向大家介紹了我們CKS32K148芯片SCG模塊，此次微課堂會(huì)向大家展開(kāi)芯片外設(shè)橋模塊的介紹。

外設(shè)橋（AIPS-Lite）模塊是用于連接處理器內(nèi)核與外圍設(shè)備的關(guān)鍵組件，其中AIPS指的是“高級(jí)外設(shè)接口保護(hù)系統(tǒng)”（AIPS, advanced peripheral interface protection system），它通過(guò)硬件方式對(duì)外設(shè)接口進(jìn)行訪問(wèn)控制和保護(hù)，用于避免芯片上的外設(shè)接口受惡意攻擊或意外干擾，從而確保外設(shè)接口的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)完整性。

AIPS的主要功能是管理MPU總線主機(jī)對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)權(quán)限、地址映射以及訪問(wèn)保護(hù)，其提供的訪問(wèn)權(quán)限控制機(jī)制能夠配置不同MPU總線主機(jī)（如CPU或DMA）的讀寫(xiě)訪問(wèn)及管理權(quán)限，并支持對(duì)特定外設(shè)區(qū)域的讀寫(xiě)保護(hù)，防止非法訪問(wèn)或誤操作，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。此外，其內(nèi)部架構(gòu)采用交叉開(kāi)關(guān)接口（Crossbar Switch），使得總線主機(jī)的訪問(wèn)請(qǐng)求能夠轉(zhuǎn)換為可訪問(wèn)片上絕大多數(shù)從機(jī)外設(shè)的接口，即將外設(shè)的物理地址映射到處理器的地址空間中，令處理器可以通過(guò)統(tǒng)一的地址訪問(wèn)外設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)高效的外設(shè)訪問(wèn)管理。

結(jié)構(gòu)與框圖

從硬件層面上來(lái)看，不同的總線主機(jī)可通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)的從機(jī)端口S2向其上連接的外設(shè)發(fā)起訪問(wèn)請(qǐng)求，而AIPS就是位于從機(jī)端口與外設(shè)之間用于對(duì)訪問(wèn)進(jìn)行控制的管理模塊。為了方便理解，此處給出包含總線主機(jī)與外設(shè)的AIPS整體結(jié)構(gòu)框圖如下圖1。其中，藍(lán)色箭頭指示了總線主機(jī)與交叉開(kāi)關(guān)的端口連接情況，紅色箭頭指示了交叉開(kāi)關(guān)從機(jī)端口與AIPS模塊的連接情況。

圖1 AIPS結(jié)果框圖

在上圖中，AIPS可控制訪問(wèn)權(quán)限的總線主機(jī)包括4種，分別是：

內(nèi)核主機(jī)：負(fù)責(zé)處理器的核心操作

調(diào)試器（系統(tǒng)）主機(jī)：用于調(diào)試和系統(tǒng)配置

DMA主機(jī)：用于直接內(nèi)存訪問(wèn)操作

以太網(wǎng)主機(jī)：用于網(wǎng)絡(luò)通信

AIPS可覆蓋芯片中包含的全部外設(shè)，并控制其保護(hù)權(quán)限，這些外設(shè)可分為兩類(lèi)：

AIPS slot編號(hào)0-31的平臺(tái)上外設(shè)

AIPS slot編號(hào)32-127的平臺(tái)外外設(shè)

上述外設(shè)與編號(hào)對(duì)應(yīng)情況可查閱外設(shè)存儲(chǔ)映射表獲取。

內(nèi)存映射

由上文可知，總線主機(jī)可通過(guò)總線矩陣的從端口S2訪問(wèn)外設(shè)的內(nèi)存映射地址，外設(shè)slot支持8位、16位和32位的數(shù)據(jù)通路。而對(duì)于外設(shè)空間，可分為三個(gè)區(qū)域，如下表所示：

表1 與外設(shè)空間相關(guān)的區(qū)域

為了適應(yīng)慢速的外設(shè)，外設(shè)橋包含了每個(gè)slot的獨(dú)立時(shí)鐘使能輸入信號(hào)。在實(shí)際使用中，可通過(guò)PCC/SIM寄存器中的時(shí)鐘門(mén)控制位禁用相關(guān)的AIPS外設(shè)空間，當(dāng)訪問(wèn)不存在或禁用的外設(shè)橋空間地址時(shí)，將導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤終止。

控制權(quán)限

外設(shè)橋控制著主機(jī)對(duì)外設(shè)的讀寫(xiě)訪問(wèn)及其管理權(quán)限，下面分別對(duì)主機(jī)與外設(shè)的權(quán)限類(lèi)型進(jìn)行介紹：

1、總線主機(jī)訪問(wèn)權(quán)限

對(duì)于總線主機(jī)，AIPS能夠控制三種訪問(wèn)權(quán)限：

讀信任

寫(xiě)信任

強(qiáng)制用戶模式

當(dāng)主機(jī)具有的權(quán)限滿足外設(shè)的訪問(wèn)要求時(shí)，即可發(fā)起對(duì)外設(shè)的相應(yīng)操作，否則操作無(wú)效或產(chǎn)生訪問(wèn)錯(cuò)誤。

2、外設(shè)保護(hù)權(quán)限

對(duì)于芯片外設(shè)，AIPS能夠控制三種訪問(wèn)保護(hù)：

管理員權(quán)限保護(hù)

寫(xiě)保護(hù)

信任保護(hù)

當(dāng)外設(shè)開(kāi)啟某種保護(hù)模式時(shí)，不滿足權(quán)限要求的主機(jī)將無(wú)法完成被保護(hù)的權(quán)限操作，只有具有特定權(quán)限的主機(jī)能夠被允許進(jìn)行相應(yīng)操作請(qǐng)求。

需要注意的是，不同總線主機(jī)具有的可訪問(wèn)權(quán)限不同，下表2中對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)：

表2總線主機(jī)訪問(wèn)權(quán)限

AIPS寄存器配置

在前文中，已經(jīng)對(duì)外設(shè)橋的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了介紹，下面分別對(duì)主機(jī)與外設(shè)權(quán)限的具體配置方法進(jìn)行講解。

所有主機(jī)的權(quán)限均在寄存器AIPS_MPRA中進(jìn)行配置。

圖2 AIPS_MPRA寄存器

該寄存器的包含了四種總線主機(jī)的讀、寫(xiě)以及訪問(wèn)模式權(quán)限的使能位，四種總線主機(jī)的權(quán)限使能位功能一致。以內(nèi)核主機(jī)為例，不同使能位功能如下:

圖3 總線主機(jī)權(quán)限使能位

對(duì)于外設(shè)的訪問(wèn)控制權(quán)限，需注意不同外設(shè)與其在寄存器中使能位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與主機(jī)的權(quán)限控制位類(lèi)似，每個(gè)外設(shè)有讀、寫(xiě)

和訪問(wèn)權(quán)限三種保護(hù)使能位，具體的寄存器與外設(shè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)外設(shè)存儲(chǔ)映射表查看。以AIPS_PACRA寄存器為例，其對(duì)應(yīng)的是外設(shè)AIPS和MSCM模塊，其訪問(wèn)控制使能位如下。

圖4 AIPS_PACRA寄存器

與總線主機(jī)類(lèi)似，所有外設(shè)的訪問(wèn)控制使能位功能一致，不同使能位具體功能如下:

圖5 外設(shè)訪問(wèn)權(quán)限使能位

特殊外設(shè)

通常情況下，若主機(jī)使能權(quán)限滿足外設(shè)的訪問(wèn)要求，即可發(fā)起對(duì)外設(shè)的相應(yīng)訪問(wèn)操作。但應(yīng)注意存在一些特殊的外設(shè)，由于其自身特性，當(dāng)主機(jī)工作在USER模式下時(shí)，即使在主機(jī)權(quán)限滿足訪問(wèn)要求的前提下依然無(wú)法執(zhí)行相應(yīng)訪問(wèn)操作。下表對(duì)這部分特殊的外設(shè)進(jìn)行了總結(jié)：

表3 USER模式下主機(jī)無(wú)訪問(wèn)權(quán)限外設(shè)

注：X表示不可執(zhí)行操作，O表示可執(zhí)行操作

對(duì)于上表中的外設(shè)四種主機(jī)在USER模式下均無(wú)相應(yīng)訪問(wèn)權(quán)限，除此之外還需注意DMA主機(jī)在任何模式下均無(wú)法對(duì)MSCM和PCC模塊進(jìn)行讀寫(xiě)。