OP-TEE实战：瑞萨RZ/T2H平台OTP安全访问与PTA驱动开发

本文以瑞萨 RZ/T2H 平台为例，介绍基于 OP-TEE（Open Portable Trusted Execution Environment）的 OTP（One-Time Programmable Memory）访问方案实现思路。通过 OP-TEE 框架，Linux 用户空间应用可以安全地读取或写入 OTP 中的数据，用于存放存储设备密钥、产品序列号、安全配置参数等敏感信息，而无需将底层 OTP 控制逻辑暴露给普通 Linux 环境。

同时，本文也会概要梳理 OP-TEE 的基本架构，以及 TrustZone、CA（Client Application）、TA（Trusted Application）和 OTP 驱动之间的协作关系，帮助开发人员从整体上理解软件架构与代码实现路径。

什么是 OP-TEE？

OP-TEE 是 ARM TrustZone 技术上的开源 TEE（Trusted Execution Environment）实现。TrustZone 将系统划分为两个相互隔离的执行世界：

• Normal World（普通世界）
• Secure World（安全世界）

CPU 通过 NS（Non-Secure bit）和 SMC（Secure Monitor Call）指令在两个世界之间切换。在 OP-TEE 架构中，应用通常由两部分组成：CA（Client Application）与 TA（Trusted Application）。

RZ/T2H 采用 ARM Cortex-A55 多核架构，并支持 ARM TrustZone 安全扩展。借助TrustZone 提供的硬件隔离机制，OP-TEE OS 可以运行在 Secure World 中，与 Linux 系统形成物理隔离，从而为敏感数据和安全功能提供可信运行环境。

1 可信应用程序（TA）和客户端应用程序（CA）

OP-TEE 的 TA/CA 采用遵循 GlobalPlatform TEE API 的客户端-服务器模型。客户端应用程序（CA）使用 TEE Client API 调用安全世界中的可信应用程序（TA）服务；可信应用程序（TA）实现的是 TEE Internal Core API Specification 中定义的功能。

上图展示了整体调用流程：

1. 客户端应用程序（CA）通过调用 TEE Client API 中的函数，向可信应用程序（TA）发送请求。
2. TEE Client API 库将该请求路由到 OP-TEE Linux Kernel Driver。
3. OP-TEE Linux Driver 再将客户端应用程序的请求路由到 Arm Trusted Firmware（ATF）。
4. OP-TEE OS 框架判断应由哪个可信应用程序（TA）来处理该请求。
5. OP-TEE OS 框架将控制权传递给对应的 TA，由其处理请求。
6. 请求处理完成后，执行控制返回给客户端应用程序，客户端应用程序收到返回值以及处理后的数据。

2 PTA 和 UTA 的区别

伪可信应用程序（Pseudo Trusted Application，PTA）：

• 内置在 TEE 操作系统中的高权限安全服务。
• PTA 不是独立的 .ta 文件，而是注册在 OP-TEE Core 中的内建服务。
• 适合封装只有 Secure World 才能访问的寄存器、安全外设或底层平台能力。

用户模式可信应用程序（User Mode Trusted Application，UTA），是运行在 TEE 中、受内核保护的安全 App：

• UTA 是标准意义上的用户模式 TA，在 OP-TEE 的 Secure World 用户态运行。
• UTA 更适合承载客户业务逻辑，因为可以独立开发、签名和部署，并具有更好的隔离性。

OTP 读写功能需要直接访问 OP-TEE Core 内部接口和安全硬件驱动，并作为其他 TA 共用的底层安全服务，因此本方案采用 PTA。如下图所示，OTP 组件与 FLASH、SPI、SCE 的驱动处于同一层级。

在 RZ/T2H 的 YOCTO 编译路径 /build/tmp/work/rzt2h_dev-poky-linux/ 下，optee-ta-sample 不是通过 git 管理的，而是解压配方中的 tar.gz 文件，当前与配方一起发布。optee-example 提供的每一个样例工程都包含两个子目录 host 和 ta，它们分别是 Host Application（CA）和 UTA。optee-example 主要是关于 hello_world 以及加密调用相关的例程。

3 OTP CA 的实现

基于以上两点，我们在配方中（路径为 /meta-rz-features/meta-rz-security/recipes-bsp/optee/files/optee-ta-sample）增加 otp：

该 otp 路径下包含 otp.c、pta_otp.h 及对应的 makefile。otp.c 的目的是作为 OTP CA 例子，在这里注入参数，调用 TEEC_InitializeContext、TEEC_OpenSession、TEEC_InvokeCommand、TEEC_CloseSession 等函数，通过 OTP_UUID 找到 OPTEE-OS 下的对应接口。UUID 可以在 uuidgenerator.net 生成。

如前面所述，由于 optee-ta-sample 不是通过 git 管理，而是放在配方文件里，所以整体流程是：先解压 optee-ta-sample_rsip_v2.00.tar.gz，把 otp 部分的改动加入到解压文件夹里，然后再压缩成同名文件夹：

tar -czvf optee-ta-sample_rsip_v2.00.tar.gz optee-ta-sample

执行后会生成新的 .tar.gz 文件。

4 OTP PTA 实现

我们希望在 Linux 应用程序中实现如下 OTP 读写目标：

• 读：rz_optee_ta_otp read 0x0204 1——读取地址为 0x0204 的 OTP 地址，1 个 word；
• 写：rz_optee_ta_otp write 0x0204 0x01——向地址为 0x0204 的 OTP 地址写入 1 个 word。

4.1 PTA 部分的修改

增加和修改的代码包括如下：

user@rz:~/otp_vlp5/build/tmp/work/rzt2h_dev-poky-linux/optee-os/4.8.0+git/git$ git status
On branch 4.8.0/rz
Your branch is behind 'origin/4.8.0/rz' by 2713 commits, and can be fast-forwarded.
  (use "git pull" to update your local branch)

Changes not staged for commit:
  (use "git add <file>..." to update what will be committed)
  (use "git restore <file>..." to discard changes in working directory)
        modified:   core/arch/arm/plat-rz/common/drivers/otp/puccini/otp_drv.c
        modified:   core/arch/arm/plat-rz/common/drivers/otp/puccini/otp_drv.h
        modified:   core/arch/arm/plat-rz/common/drivers/otp/puccini/otp_regs.h
        modified:   core/arch/arm/plat-rz/common/pta/sub.mk

Untracked files:
  (use "git add <file>..." to include in what will be committed)
        core/arch/arm/plat-rz/common/pta/include/pta_otp.h
        core/arch/arm/plat-rz/common/pta/pta_otp.c

修改点说明：

（1）由于 otp_drv.c 下已经有了 r_otp_read 函数，我们照葫芦画瓢，增加 bool r_otp_write(uint32_t addr, uint32_t val)：

OTP write 的流程按照 RZ/T2H 用户手册 45.5.1 章节执行：

步骤	操作内容
A	假定 OTP 当前处于掉电状态。请检查 OTPPWR 寄存器中的 PWR 位为 0，并且 OTPSTR 寄存器中的 CMD_RDY 位为 0，以确认掉电处理已经完成。
B	将 OTPPWR 寄存器中的 PWR 位和 ACCL 位设置为 1。设置后，确认 OTPSTR 寄存器中的 CMD_RDY 位是否为 1。
C	将写入地址设置到 OTPADRWR 寄存器。
D	将要写入的数据设置到 OTPDATWR 寄存器。
E	将 OTPSTAWR 寄存器中的 STAWR 位设置为 1。
F	OTP 控制器开始执行 OTP 写入处理。CMD_RDY 位从 1 变为 0。如果在 OTPADRWR 寄存器中设置了禁止写入区域的地址，则 STAWR 位不会被置为 1，并且 CMD_RDY 位保持为 1。在这种情况下，OTPSTR 寄存器中的 ERR_WP 位将被置为 1。
G	OTP 控制器将 OTPDATWR 寄存器中的值写入 OTP。注：在本流程完成之前，必须保持 OTPADRWR 和 OTPDATWR 寄存器中的值不变。
H	轮询 STAWR 位，直到该位变为 0，以检测写入命令接收过程是否完成。
I	轮询 CMD_RDY 位，直到该位变为 1，以检测写入操作是否完成。
J	检测到 CMD_RDY 位为 1 后，确认 OTPSTR 寄存器中的 ERR_WP 位和 ERR_WR 位均未被置为 1。注：如果其中任一位被置为 1，则表示发生了 OTP 写入错误。
K	如果要继续写入 OTP，请从步骤 C 开始重复执行后续步骤。如果要发出 OTP 读取操作，请参阅用户手册表 45.6 的步骤 C 及其后续步骤。完成 OTP 访问时：解除掉电状态（PWR=1）后执行过 OTP 读取时，需要执行虚拟读取（dummy read），对未使用的用户区域执行一次 OTP 虚拟读取后，将 OTPPWR 寄存器中的 PWR 位和 ACCL 位设置为 0，然后等待 CMD_RDY 位变为 0；解除掉电状态（PWR=1）后未执行 OTP 读取时，不需要执行虚拟读取，直接将 OTPPWR 寄存器中的 PWR 位和 ACCL 位设置为 0，然后等待 CMD_RDY 位变为 0。

注：某些区域可以应用 WORDLOCK。对已应用 WORDLOCK 的区域，不能执行 OTP 写入。对于已经写入的位，即使再次写入 0 或 1，这些位也会保持为 1。禁止在 OTP 写入过程中复位，对于这种操作，无法保证其正常工作。

注：如果不再需要访问 OTP，务必按照上述流程使 OTP 进入掉电状态。

（2）在 otp_regs.h 中增加对应的宏；

（3）pta_otp.c 中是 TA 世界注册对应的 PTA 响应函数，包含读写操作：

（4）sub.mk 增加：

srcs-y += pta_otp.c

在 YOCTO 中，我们一般不直接在源码上修改，而是通过打 patch 的方式。

4.2 如何制作 patch 和使用 patch

（1）optee-os 的源码采用 git 管理，将修改和增加的文件创建 patch：

git add .
git diff --cached > otp.patch

（2）将 otp.patch 放到 meta-rz-features/meta-rz-security/recipes-bsp/optee/files/ 下。

（3）在 ../ 下增加一个 optee-os_git.bbappend 文件，内容为：

FILESEXTRAPATHS:prepend := "${THISDIR}/files:"

SRC_URI:append = " \
file://otp.patch \
"

这样就在配方中增加了 patch。

4.3 编译

（1）编译 OPTEE-OS

用 MACHINE=rzt2h-dev bitbake -c cleansstate optee-os 来清除临时改动，此时会将 optee-os 下的 git 仓库清除掉。再用 MACHINE=rzt2h-dev bitbake optee-os 来下载 git 仓库并打入 patch，完成编译。

完成后可以看到 pta_otp.c 的路径：

OP-TEE OS 是在 secure boot 下，与 BL31、BL33 一起绑定到 FIP。如下图所示：

随后需依次执行：

MACHINE=rzt2h-dev bitbake -c cleanall firmware-signing
MACHINE=rzt2h-dev bitbake -c cleansstate firmware-pack
MACHINE=rzt2h-dev bitbake firmware-pack

FIP 在生成后会进行签名，公钥放到 BL2 里面，因此要重新编译 firmware-signing。

（2）编译 OPTEE-TA-SAMPLE

在 /build/tmp/work/rzt2h_dev-poky-linux/ 路径下，会看到 optee-client、optee-example、optee-os、optee-ta-sample 四个目录：

• optee-client：普通世界侧的客户端库和守护进程，例如 libteec、tee-supplicant、TEE Client API 实现。
• optee-example：官方示例程序，通常包含 Normal World 的 host app 和 Secure World 的 TA 示例，例如 hello world、secure storage、random 等。
• optee-os：OP-TEE 的安全世界操作系统本体，包括 Trusted OS 内核、TEE Core、TA 加载与调度、加密服务、Secure Monitor 调用接口等。
• optee-ta-sample：瑞萨提供，可以直接访问 OP-TEE Core 内部接口、安全硬件驱动，并作为其他 TA 共用的底层安全服务的 PTA，包括 SCE、SPI、FLASH 等。PTA 调用例程输出路径即 /build/tmp/work/rzt2h_dev-poky-linux/optee-ta-sample，编译方法为：

MACHINE=rzt2h-dev bitbake -c cleansstate optee-ta-sample  # 清理之前编译的文件

MACHINE=rzt2h-dev bitbake optee-ta-sample  # 编译PTA例程，从配方中解压并编译

最终会生成名为 rz_optee_ta_otp 的应用程序。

5 验证

将重新生成的 bl2-tbb_bp_xspi0-rzt2h-dev.srec 和 fip-tbb-rzt2h-dev.srec 通过 SCI 烧写到 xspi0 里，再拷贝 otp/host 中的 rz_optee_ta_otp 到 RZ/T2H 的 /home/root 路径下，就可以直接运行了。

5.1 读取功能验证

根据 RZ/T2H 的用户手册，0x0E5 是 unique ID 的前 32 位。我们先读 0x00e5 的默认数据：

root@rzt2h-dev:~# rz_optee_ta_otp read 0x00e5 1

在 TA 中是如下调用关系：rz_optee_ta_otp 应用程序运行 -> 捕捉到用户输入 read -> read_otp_value（如下截屏）。

prepare_tee_session 里，调用 TEEC_OpenSession 时通过 UUID 找到 OTP 的实例。在打印实例中，可以看到对应的调用打印：

I/TC: create entry point for pseudo TA "otp.ta"
I/TC: open entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: close entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: destroy entry point for pseudo ta "otp.ta"

static TEE_Result create_ta(void)
{
    IMSG("create entry point for pseudo TA \"%s\"", TA_NAME);
    return TEE_SUCCESS;
}

static void destroy_ta(void)
{
    IMSG("destroy entry point for pseudo ta \"%s\"", TA_NAME);
}

static TEE_Result open_session(uint32_t nParamTypes __unused,
                   TEE_Param pParams[TEE_NUM_PARAMS] __unused,
                   void **ppSessionContext __unused)
{
    IMSG("open entry point for pseudo ta \"%s\"", TA_NAME);
    return TEE_SUCCESS;
}

static void close_session(void *pSessionContext __unused)
{
    IMSG("close entry point for pseudo ta \"%s\"", TA_NAME);
}

调用 TEEC_InvokeCommand 时通过 OTP_CMD_READ 找到 otp_read：

static TEE_Result otp_read(uint32_t param_types, TEE_Param p[TEE_NUM_PARAMS])
{
...
    IMSG("otp read has been called");
...
    if (!r_otp_read(p[0].value.a, &p[1].value.a, 1))
        return TEE_ERROR_GENERIC;
    return TEE_SUCCESS;
}

对应打印 log 为 I/TC: otp_read has been called。完整 log 如下：

root@rzt2h-dev:~# rz_optee_ta_otp read 0x00e5 1
I/TC: create entry point for pseudo TA "otp.ta"
I/TC: open entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: otp_read has been called
I/TC: close entry point for pseudo ta "otp.ta"
0xE5: 0x3802120B

读取正常。

5.2 写功能验证

测试往 user area 写数据。User area 是从 0x204 到 0x3FF 的数据区域，每个地址是 4 字节。

写入命令：

root@rzt2h-dev:~# rz_optee_ta_otp write 0x0204 0x1

rz_optee_ta_otp 应用程序运行 -> 捕捉到用户输入 write -> write_otp_value（如下截屏）。

与 read_otp_value 一样的逻辑，会看到 otp.ta 的 create 和 entry：

I/TC: create entry point for pseudo TA "otp.ta"
I/TC: open entry point for pseudo ta "otp.ta"

因为传递给 invoke command 的命令是 OTP_CMD_WRITE，在 invoke_command_entry_point 注册的函数中，会通过 OTP_CMD_WRITE 分发到 otp_write：

对应 log 为：

I/TC: otp_write has been called

I/TC: r_otp_write called.

I/TC: otp_write: parameters correctly aligned, addr=0x204, value=0x1

最终调用底层的 r_otp_write：

对应 log 为：

I/TC: r_otp_write called.

I/TC: step E completed, line 126

log 显示完整的写流程全部成功执行：

root@rzt2h-dev:~# rz_optee_ta_otp write 0x0204 0x1
I/TC: create entry point for pseudo TA "otp.ta"
I/TC: open entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: otp_write has been called
I/TC: otp_write: parameters correctly aligned, addr=0x204, value=0x1
I/TC: r_otp_write called.
I/TC: step E completed, line 126
I/TC: otp_read has been called
I/TC: close entry point for pseudo ta "otp.ta"
Write successful at address 0x204 with value 0x00000001

5.3 回读验证写功能是否成功

root@rzt2h-dev:~# rz_optee_ta_otp read 0x0204 1
I/TC: create entry point for pseudo TA "otp.ta"
I/TC: open entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: otp_read has been called
I/TC: close entry point for pseudo ta "otp.ta"
I/TC: destroy entry point for pseudo ta "otp.ta"
0x204: 0x00000001

回读的数据与 5.2 写入的数据一致，表示写入成功。

注意，由于 OTP 是一次性编程区域，并且有些区域已用于 key 的存放，在使用时请使用 user area 区域。

源代码请向瑞萨获取。RZ/T2H 的 VLP5.0（Linux 6.12 内核）所有代码均可在 GitHub 上找到。为便于管理，在瑞萨官网有 YOCTO 工程，使用 YOCTO 编译时会自动从 GitHub 上拉取对应的版本。完整的软硬件设计规范、参考例程、工具等资料，可访问 RZ/T2H 产品页面 获取更多信息。

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