Atmel加密芯片都是以统一规划的命令,利用各类命令字节通过I2C与外界进行交互,以实现其各种安全功能。当然收发这些命令以各类功能实现都有相应的软件Lib作为支撑。
开始开发之前,需要大体了解Atmel官方提供的软件库,这里针对Atecc508A有两个官方Lib(C 语言):
1 CryptoAuthLib (大而全的一个库)。官网下载传送门:http://www.atmel.com/zh/cn/tools/CryptoAuthLib.aspx
2、ATECC108A-508A Library :(小而精)目前版本为Atmel-CryptoAuth-ATECC108A-508A_Library-Distributable_1.2.1
概述
Atmel CryptoAuthentication Library是Atmel 兼容其加密芯片系列一个总的软件库,里面实现了从底层到命令层以及应用层开发使用的所有API,并支持Git使用。
该库还在不断完善,兼容Atmel许多开发板,目前能够support的加密芯片有:
由ATCAIface和ATCACommand实例组成,初始化Basic 的API会自动创建一个对象,通过该对象完成各种operation,There is one instance of an ATCADevice per physical device expected to manage the system.
ATCAIface定义了与底层加密芯片通信的接口函数,将 HAL 的API函数与应用层关联起来 ,以屏蔽底层通讯层(I2C、UART)的差异。
ATCACommand对象主要将命令重组成数组,以便发送到加密芯片。ATCACommand对象不发送命令,只build命令;例如确定命令响应包的大小、计算CRC等。
根据应用功能不同,Lib中的API可分为以下几类:
Basic API – Best for ease of use.
Core API – Best for use of any device feature, power developer.
BasicAPI执行时会自动调用Core的函数,在Basic API不能满足需求的时候推荐使用
PKI X.509 Certificate & TLS – PKI applications which store and
retrieve X.509 certificates.
PKI-Certificate API:因为证书数据分为不可修改的模板 boilerplate和动态Dynamic
data两部分,该部分API主要负责后者,既X.509证书重组
PKI TLS – Secure communication key agreement protocols. Crypto
Utilities – General software hash implementations.
PKI-TLS API:实现ECDH算法(508A)与OpenSSL TLS的整合,如利用ECDH产生TLS的session key
SHA-256等哈希算法的API,可用在没有加密芯片的Host端做运算
HAL – Hardware abstraction layer integrates with physical interfaces
修改HAL的API移植到不同的平台
在lib中,底层通讯相关驱动都在**/lib/hal/** 目录下。
如果是使用的Atmel所支持的开发板,就可以直接使用相应的文件如果是其他平台,可以使用bit_bang模式,很方便移植到自己的平台。当然如果其他平台想使用真实I2C硬件控制器,则就需要自己写代码适配了。
由于我使用的STM32板子,为快速移植,通过Bigbang方式与508进行I2C通讯,下面介绍移植过程:
##三 、bitbang方式移植CryptoAuthLib
官方Lib hal目录文件如上图,因为是使用bitbang,所以保留其中选中的即可,其他为各开发板提供的驱动都可以删除(还要保留个timer.h),将i2C_bitbang_xx.c改成自己平台的名称。
(2) 、atca_hal.h中打开I2C宏开关
#define ATCA_HAL_I2C
//#define ATCA_HAL_SWI
//#define ATCA_HAL_SPI
//#define ATCA_HAL_UART
//#define ATCA_HAL_KIT_HID
//#define ATCA_HAL_KIT_CDC
(3) 、将i2c_bitbang_xx.h中有关I2C引脚操作的宏定义替换成自己平台的:
这里我使用的STM32系列,所以替换如下:(头文件和延时函数等替换小细节就不说了)
#define SCL_PIN GPIO_Pin_x
#define SDA_PIN GPIO_Pin_x
//I2C Hardware pin change
#define I2C_ENABLE() I2C_GPIO_Config(SDA_PIN, OUTPUT); I2C_GPIO_Config(SCL_PIN, OUTPUT)
#define I2C_DISABLE() I2C_GPIO_Config(SDA_PIN, INPUT); I2C_GPIO_Config(SCL_PIN, INPUT)
#define I2C_CLOCK_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOB, SCL_PIN)
#define I2C_CLOCK_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOB, SCL_PIN)
#define I2C_DATA_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOB, SDA_PIN)
#define I2C_DATA_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOB, SDA_PIN)
#define I2C_DATA_IN() GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, SDA_PIN)
//GPIOB->IDR & SDA_PIN
#define I2C_SET_OUTPUT() I2C_GPIO_Config(SDA_PIN, OUTPUT)
#define I2C_SET_OUTPUT_HIGH() I2C_SET_OUTPUT(); I2C_DATA_HIGH()
#define I2C_SET_OUTPUT_LOW() I2C_SET_OUTPUT(); I2C_DATA_LOW()
#define I2C_SET_INPUT() I2C_GPIO_Config(SDA_PIN, INPUT)
:
(4) 、将cryptoauthlib库放到自己的工程代码目录,编译调试即可
###四、从逻辑和代码分析CryptoAuthLib的底层驱动调用结构关系:
**由上图可知:**每一个设备都会先初始化一个Interface,然后由ATCAIFace去调用底层Hal的各种函数,而Hal又最终去调用的I2C驱动函数。这种封装将上层应用与底层驱动分离,为系统移植带来很多便利。
**第一层:**在atca_iface.c (libraries\cryptoauthlib\lib目录)中 ,有_atinit()这么一个函数,会在atcab_init初始化设备时调用,函数里实现了hal层通讯函数与API层的绑定:
ATCA_STATUS _atinit(ATCAIface caiface, ATCAHAL_t *hal)
{
// get method mapping to HAL methods for this interface
hal_iface_init( caiface->mIfaceCFG, hal );
caiface->atinit = hal->halinit;
caiface->atpostinit = hal->halpostinit;
caiface->atsend = hal->halsend;
caiface->atreceive = hal->halreceive;
caiface->atwake = hal->halwake;
caiface->atsleep = hal->halsleep;
caiface->atidle = hal->halidle;
caiface->hal_data = hal->hal_data;
return ATCA_SUCCESS;
}
**第二层:**在atca_hal.c (libraries\cryptoauthlib\lib\hal) 中,实现了Hal层与底层通讯驱动函数的绑定,例如在前面我们打开了I2C宏: ATCA_I2C_IFACE,则现在hal层各函数就会与I2C相关函数绑定:
ATCA_STATUS hal_iface_init( ATCAIfaceCfg *cfg, ATCAHAL_t *hal )
{
ATCA_STATUS status = ATCA_COMM_FAIL;
switch (cfg->iface_type) {
case ATCA_I2C_IFACE:
#ifdef ATCA_HAL_I2C
hal->halinit = &hal_i2c_init;
hal->halpostinit = &hal_i2c_post_init;
hal->halreceive = &hal_i2c_receive;
hal->halsend = &hal_i2c_send;
hal->halsleep = &hal_i2c_sleep;
hal->halwake = &hal_i2c_wake;
hal->halidle = &hal_i2c_idle;
hal->halrelease = &hal_i2c_release;
hal->hal_data = NULL;
status = ATCA_SUCCESS;
#endif
break;
case ATCA_SWI_IFACE:
#ifdef ATCA_HAL_SWI...
**第三层:**进入Hal_i2c_bitbang.c (libraries\cryptoauthlib\lib\hal),执行相应函数,比如上层通过atsend调用到了hal_i2c_send,就会执行该函数:该函数模拟了I2C通讯时序,(既先Start信号拉低SDA,之后发送7位地址位+1位读写,然后发送数据位、最后Stop信号拉高SDA),将一串数据发送到I2C总线。
ATCA_STATUS hal_i2c_send(ATCAIface iface, uint8_t *txdata, int txlength)
{
ATCAIfaceCfg *cfg = atgetifacecfg(iface);
ATCA_STATUS status = ATCA_TX_TIMEOUT;
int bus = cfg->atcai2c.bus;
txdata[0] = 0x03; //!< Word Address Value = Command
txlength++; //!< count Word Address byte towards txlength
//! Set I2C pins
i2c_set_pin(i2c_hal_data[bus]->pin_sda, i2c_hal_data[bus]->pin_scl);
do {
//! Address the device and indicate that bytes are to be written
status = hal_i2c_send_slave_address(iface, I2C_WRITE);
if (status != ATCA_SUCCESS)
break;
//! Send the remaining bytes
status = i2c_send_bytes(txlength, txdata);
} while (0);
//! Send STOP regardless of i2c_status
i2c_send_stop();
return status;
}
**第四层:**上一层调用的hal_i2c_send调用的i2c_send_bytes等函数,就是在i2c_bitbang_xx.c中的函数,其实也就是替换宏定义的i2c实现对应引脚控制,以发出符合i2c规范的电平信号:例如i2c_bitbang_xx.c中的i2c_send_start,其中的I2C_CLOCK_HIGH()等函数是否眼熟? 就是上面我们替换的I2C宏,功能设置相应SCL引脚为高。
void i2c_send_start(void)
{
//! Set clock high in case we re-start.
I2C_CLOCK_HIGH();
I2C_SET_OUTPUT_HIGH();
I2C_DATA_LOW();
I2C_HOLD_DELAY();
I2C_CLOCK_LOW();
}
ATECC108A-508A Library是专门针对108/508开发的一个小型库,包括eccx08_helper、eccx08_libarary。但这里只是包含了底层通讯层和命令解析层,但是并没有封装好应用层实现的API,所以使用时需要根据需求,二次封装API发送相应的命令。
###目录结构如图:
感兴趣可以研究下,架构和CryptoAuthLib是一样的,只不过API层没有实现,只能自己封装命令。我实际开发中并没有使用这个库,所以不再介绍。(写Bolg感觉比写代码都累啊。。。)
—>下节介绍ATECC508基本功能的API测试,并抓下I2C的包分析下其数据收发。
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