8.2.5. 设计说明

8.2.5.1. 源码说明

bsp/zx/drv/spienc/drv_spienc.c，SPIENC Driver 层实现
bsp/zx/hal/spienc/hal_spienc.c，SPIENC HAL 层实现
bsp/zx/include/hal/hal_spienc.h，SPIENC HAL 层接口头文件

8.2.5.2. 模块架构

SPIENC 驱动 Driver 层采用直接调用 HAL 层的接口，如果只使用HAL层也可以支持 baremetal 方式的应用场景。

../../../_images/sw_system1.png — 图 8.3 SPIENC驱动的软件架构图

文件系统或者应用程序通过 MTD 层访问 SPI NOR / SPI NAND 设备的数据，SPI NOR / SPI NAND 驱动通过 SPI 总线传输数据。

在 SPI NOR / SPI NAND 驱动通过 SPI 总线访问相关数据时，其实需要发送一系列的命令来进行数据的读写。这个过程中，命令通信的数据，包括一些读写 SPI NOR / SPI NAND 的寄存器数据都不能加密，仅存储数据部分需要进行加密处理。因此，虽然 SPI_ENC 是在硬件总线上对数据进行加密，但是软件使用时需要在 SPI NOR / SPI NAND 驱动根据需要，提供必要的加解密信息（数据地址和长度），并且启动相应的数据传输加解密。

因此在软件层次上，SPI NOR / SPI NAND 驱动依赖 SPI 驱动以及 SPI_ENC 驱动，而 SPI 驱动与 SPI_ENC 驱动是并列关系。

8.2.5.3. 设计要点

在设计实现 SPI_ENC 的驱动时，主要考虑了 SPI_ENC 的本身特点，以及与 SPI NOR / SPI NAND 驱动的结合。

备注

由于 SPI_ENC 内部使用 eFuse 所提供的密钥，因此不需要通过外部设置密钥函数来设置密钥。

8.2.5.3.1. 数据读写时启用

SPI NAND / SPI NOR 驱动通过发送命令的方式与 SPI NAND / SPI NOR 器件进行交互，从而实现数据的读写。在使能 SPI_ENC 之后，SPI NAND / SPI NOR 驱动需要进行区分：

非存储数据的 SPI 传输，不启动 SPI_ENC，按照原有驱动的流程执行

存储数据的 SPI 传输，启动 SPI_ENC 进行加密或者解密

因此 SPI NAND / SPI NOR 驱动需要做一些改动，在对存储数据进行读写时，启动 SPI_ENC。

以 SPI NAND 为例：初始化 spinand 时，同时进行加密相关的初始化。

spinand_flash_init();
|-> drv_spienc_init()

读操作流程：

spinand_read_page();
|-> SPINAND_FLASH_OPS->read_dataload();
|-> cpos = 1 + 2 + (SPINAND_FLASH_DUMMYBYTE * 8); /* cpos = cmd.nbyte + addr.nbyte + dummy.nbyte */
|-> drv_spienc_set_cfg(0, page * SPINAND_FLASH_PAGE_SIZE, cpos, data_len); /* 配置本次加密数据信息 */
|-> drv_spienc_start(); /* 启动 SPI_ENC */
|-> SPINAND_FLASH_OPS->read_quadoutput(qspi, 0, buf, data_len); /* 调用标准 SPI API 进行数据传输 */
|-> drv_spienc_stop(); /* 停止 SPI_ENC */
|-> drv_spienc_check_empty() /* 检查是否为空 page */

写操作流程：

spinand_write_page();
|-> SPINAND_FLASH_OPS->program_dataload();
|-> cpos = 1 + 2 + (SPINAND_FLASH_DUMMYBYTE * 8); /* cpos = cmd.nbyte + addr.nbyte + dummy.nbyte */
|-> drv_spienc_set_cfg(0, page * SPINAND_FLASH_PAGE_SIZE, cpos, data_len); /* 配置本次加密数据信息 */
|-> drv_spienc_start(); /* 启动 SPI_ENC */
|-> SPINAND_FLASH_OPS->program_dataload(); /* 调用标准 SPI API 进行数据传输 */
|-> drv_spienc_stop(); /* 停止 SPI_ENC */
|-> SPINAND_FLASH_OPS->program_execute();

8.2.5.3.2. 空数据块的检测

SPI NAND / SPI NOR 在执行了擦除之后，存储单元上的数据被认为是空的，值都是 0xFF 。但是在使用过程中，读取程序并不一定知道所读取的区域是否是被擦除过，因此在使能了 SPI_ENC 之后，通过 SPI 读取回来该区域的数据都是被 SPI_ENC 解密后的数据。原本是被擦除后的 0xFF ，读回来的却是其他数据。

带来的问题：

有些程序，如文件系统，会判断读回来的数据是否都为 0xFF ，如果是，则认为是未使用的块，做特殊处理。现在读回来的数据却被改变了，会导致原来的处理逻辑全部失效。

为了解决上述问题，SPI_ENC 提供了一个空块检测功能。如下图所示：

首先按照正常的流程读取一块数据

传输完成之后，检查 SPI_ENC 的状态，如果提示解密前的所有数据都是 0xFF ，则软件将读取的结果全部置为 0xFF

../../../_images/spienc_empty_detect.png — 图 8.4 空块检测

相关的软件操作，在 spinand_read_page() 中读取完数据时进行。

8.2.5.4. Driver 层接口设计

8.2.5.4.1. drv_spienc_set_cfg

函数原型	void drv_spienc_set_cfg(u32 spi_bus, u32 addr, u32 cpos, u32 clen)
功能说明	配置加密数据信息
参数定义	spi_bus - 选择需要配置的 QSPI 设备 addr - 本次传输数据的起始地址 cpos - 本次传输密文数据的开始位置 clen - 本次传输密文的数据长度
返回值	无
注意事项

8.2.5.4.2. drv_spienc_start

函数原型	void drv_spienc_start(void)
功能说明	启动 SPI_ENC
参数定义	无
返回值	无
注意事项

8.2.5.4.3. drv_spienc_stop

函数原型	void drv_spienc_stop(void)
功能说明	停止 SPI_ENC
参数定义	无
返回值	无
注意事项

8.2.5.4.4. drv_spienc_check_empty

函数原型	int drv_spienc_check_empty(void)
功能说明	检查本次读取数据是否全为空
参数定义	无
返回值	0，本次传输数据不全为空；1，本次传输数据全为空
注意事项

8.2.5.5. HAL 层接口设计

HAL 层的函数接口声明存放在 hal_spienc.h 中，主要接口有：

int hal_spienc_init(void);
void hal_spienc_set_cfg(u32 spi_bus, u32 addr, u32 cpos, u32 clen);
void hal_spienc_start(void);
void hal_spienc_stop(void);
int hal_spienc_check_empty(void);