CRC32进行程序完整性检查,bootloader程序自检

这是我自己经常采用的的一种方法,如觉得有效,欢迎支持,如有任何需要,欢迎站短。
设有两个int32值crc32Value和crc32Value2存放在FLASH存储空间的最末尾
这篇文章面向于以下几个情境:
1. 无bootloader,裸程序运行,程序运行前进行自检
2. 有bootloader,bootloader为预先由开发人员(你)烧写到MCU里,复位后先运行bootloader,bootloader进行应用程序的完整性检查,完整性检查失败后,进行bootloader操作。否则,跳转至应用程序
3. 有bootloader,或者无bootloader,原始程序里面有加密的字节,根据MCU唯一ID计算出来的校验值。为表述方便,设这个校验值为CheckValue,类型为int32。对于这种情况
        > 原始程序里有一个setCheckValue()的程序,
        > 一个erase_setCheckValue()的程序,
        > 和一个setCRC32Value2()的程序。
编译时,CheckValue的初始值为0xFFFFFF。程序第一次运行时,setCheckValue()根据MCU的唯一ID计算出一个值,FLASH在线烧写到CheckValue的地址,并且之后,erase_setCheckValue()将setCheckValue()所在地址的程序擦除,然后调用setCrc32Value2()计算新的CRC32值,FLASH在线烧写到crc32Value2。之后程序进入正常运行阶段,在程序的正常运行阶段,校验CheckValue和MCU唯一ID值的关系来确定程序合法性。

对于第1、2种情况,程序的完整性校验实现起来很简单,因为程序代码在运行时不改变,因而只需要一个crc32Value即可。

对于第3种情况,程序在第一次运行前,需要完整性检查,使用crc32Value即可。程序在第一次运行后,程序本身的代码发生了变化,需要使用另一个值crc32Value2进行检查。

总结第1、2、3种情况,检查过程可以统一为,检查crc32Value的值是否正确,若不正确,检查crc32Value2的值是否正确。若都不正确,则程序错误,进行bootloader错误处理阶段。

使用Keil MDK时,我们为了方便,需要自动生成crc32Value,下面主要说明编译器的设置,单片机代码端的上述逻辑的处理是比较方便的,以后再说
首先,在options里面添加一项

这项指定编译完成后,执行autocalcrc32.bat批处理程序
  1. "F:\Program Files\Keil\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe" --bin --bincombined --output="E:\Project\Workspace\test\final.bin" "E:\Project\Workspace\test\IO_Toggle\MDK-ARM\IO_Toggle\IO_Toggle.axf"

  2. "E:\Project\Workspace\test\Libraries\AUTHORIZSTION_LIB\crc32\crc32.exe" "E:\Project\Workspace\test\final.bin" "E:\Project\Workspace\test\Libraries\AUTHORIZSTION_LIB\authorization_auto_generated.c" 393216
复制代码

其中第一条,调用fromelf文件,生成二进制程序镜像.bin
第二条,调用crc32.exe生成文件authorization_auto_generated.c,393216为bin文件的大小。.c文件内容为

变量program_crc32_chk_value_original为编译时的CRC32值
变量program_crc32_chk_value_reserved为crc32Value2作用的值


其中crc32.exe为我自己编译的程序,如下为文件crc32.c:
  1. /*****************************************************
  2. ** Name         : crc32.c
  3. ** Author       : wsun
  4. ** Version      : 2.1
  5. ** Date         : 2014-8-24
  6. ** Description  : CRC32 Checking For Cortex Embedded
  7. ******************************************************/

  8. #include
  9. #include
  10. #include
  11. //#include
  12. //#include
  13. //#include
  14. //#include

  15. /*指定程序的大小*/
  16. /*实际校验字节的大小为DOCSIZE-8,留有两个int32的空间*/
  17. /*DOCSIZE-8应该小于MAXBUFSIZE*/
  18. #define MAXBUFSIZE     1024*1024

  19. static void usage(void);
  20. static int calc_img_crc(const char * in_file, unsigned int * img_crc, unsigned int docsize);

  21. static void usage(void)
  22. {

  23. }


  24. /*我的32位int数据CRC32计算程序,应该与下位机的一致*/
  25. unsigned int CrcGen_INT32(unsigned int crc,unsigned int data[], unsigned int size)
  26. {
  27.   unsigned int i;
  28.     for(i=0;i
  29.         unsigned int temp = data[i];
  30.                 unsigned int j;
  31.         for(j=0;j<32;j++){
  32.             if( (crc ^ temp) & 0x80000000 ){
  33.                 crc = 0x04C11DB7 ^ (crc<<1);
  34.             }else{
  35.                 crc <<=1;
  36.             }
  37.             temp<<=1;
  38.         }
  39.     }
  40.     return crc;
  41. }
  42. /*
  43. **计算大文件的CRC校验码:crc32函数,是对一个buffer进行处理,
  44. **但如果一个文件相对较大,显然不能直接读取到内存当中
  45. **所以只能将文件分段读取出来进行crc校验,
  46. **然后循环将上一次的crc校验码再传递给新的buffer校验函数,
  47. **到最后,生成的crc校验码就是该文件的crc校验码.(经过测试)
  48. */
  49. unsigned char buf[MAXBUFSIZE];
  50. static int calc_img_crc(const char *in_file, unsigned int *img_crc, unsigned int docsize)
  51. {
  52.     FILE* fd;
  53.     int nread;
  54.         int size;
  55.     int ret;

  56.     /*第一次传入的值需要固定,如果发送端使用该值计算crc校验码,
  57.     **那么接收端也同样需要使用该值进行计算 */
  58.     unsigned int crc = 0x6E59438A; //as "wsun", crc32value is 0x6E59438A;

  59.     fd = fopen(in_file, "rb");
  60.     if (!fd) {
  61.         printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
  62.         return -1;
  63.     }

  64.         size = 0;
  65.     while ((nread = fread(buf, 1, docsize-8, fd)) > 0) {
  66.         crc    = CrcGen_INT32(crc, (int*)buf, nread/4);
  67.                 size  += nread;
  68.                 break;
  69.     }

  70.     *img_crc = crc;
  71.     printf("calculate first %d bytes of file: ",size);
  72.     close(fd);

  73.     if (nread < 0) {
  74.         printf("%d:read %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
  75.         return -1;
  76.     }

  77.     return 0;
  78. }

  79. int main(int argc, char **argv)
  80. {
  81.         FILE* filsave;
  82.         FILE* filver;
  83.         int status;
  84.         unsigned int ver = 0;
  85.         unsigned int verdate = 0;
  86.         unsigned int img_crc;
  87.         const char          *in_file   = argv[1];
  88.         const char          *out_file  = argv[2];
  89.         const unsigned int  docsize    = atoi(argv[3]);
  90.         if (argc < 3) {
  91.                 usage();
  92.                 exit(1);
  93.         }

  94.         /*Version 号产生程序,做相应更改以适用你自己的代码*/
  95.         {
  96.                 int i;
  97.                 for(i=0;__DATE__[i];i++)
  98.                 {
  99.                         verdate += __DATE__[i];
  100.                         verdate  = verdate ^ (verdate>>1)^ (verdate>>2)^ (verdate>>3)^ (verdate>>4)^ (verdate>>5);
  101.                 }
  102.         }

  103.         /*计算CRC32*/
  104.     status = calc_img_crc(in_file, &img_crc, docsize);
  105.     if (status < 0) {
  106.         exit(1);
  107.     }

  108.     printf("[%s] is:\nCRC32:%08X\n", in_file, img_crc);

  109.         /*编译次数文件,计算当前的编译次数*/
  110.           filver = fopen("ver.txt","r");
  111.           if(!filver)
  112.                 {
  113.                         filver = fopen("ver.txt","w");
  114.                         fprintf(filver,"%d",0);
  115.                         fclose(filver);
  116.                         filver = fopen("ver.txt","r");
  117.                 }
  118.           if(filver)
  119.           {
  120.                   fscanf(filver,"%d",&ver);
  121.                   fclose(filver);
  122.                   ver ++;
  123.                   filver = fopen("ver.txt","w");
  124.                   if(filver)
  125.                           {
  126.                           fprintf(filver,"%d",ver);
  127.                           fclose(filver);
  128.                   }
  129.                   else
  130.                           {
  131.                                   printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
  132.       return -1;
  133.                           }
  134.           }
  135.            else
  136.     {
  137.                 printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
  138.                 return -1;
  139.     }

  140.         /*生成.c文件*/
  141.     filsave = fopen(out_file,"w");
  142.     if(filsave)
  143.     {
  144.                 /*!三个变量的地址需要根据项目进行更改*/
  145.                 fprintf(filsave,"const unsigned int  program_crc32_chk_value_original __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFF8))) = 0x%08X;\r\n",img_crc);
  146.                 fprintf(filsave,"const unsigned int  program_crc32_chk_value_reserved __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFFC))) = 0xFFFFFFFF;\r\n");
  147. //                fprintf(filsave,"const unsigned int  CompileTick __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFF4))) = %d;\r\n",verdate);
  148.                 fclose(filsave);
  149.     }
  150.     else
  151.     {
  152.                 printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
  153.                 return -1;
  154.     }

  155.         /*输出编译次数,退出*/
  156.     printf("ver = %d\n",ver);

  157.     return 0;
  158. }
复制代码


编译工具采用VC,命令行调用compile crc32.c进行编译

其中compile.bat为
  1. @echo off

  2. path=.\VCPack\Bin;.\VCPack\Bin;%path%

  3. set lib=.\VCPack\Lib
  4. set include=.\VCPack\Include

  5. (cl kernel32.lib  LIBC.lib OLDNAMES.lib %1
  6. )&&(
  7.     link kernel32.lib  LIBC.lib OLDNAMES.lib  %~n1.obj
  8. )

  9. pause
复制代码


crc32.c可以根据需要修改。这里计算略去了最后的八个字节,因为是program_crc32_chk_value_original和program_crc32_chk_value_reserved的保留空间。并且文件大小需要整字大小。

Keil编译完后,会调用autocalcrc32.bat,计算出CRC32的值之后,更改文件authorization_auto_generated.c中的program_crc32_chk_value_original
之后需要重新手动编译一遍Keil,使得新的program_crc32_chk_value_original编译到最终的二进制文件里

以上是编译起部分的操作。主要实现的功能是自动生成程序的CRC32校验值,希望对大家有所帮助。

PS:我尝试了许多个CRC32计算的网站,发现应该选择 http://www.zorc.breitbandkatze.de/crc.html 如下的设定,和我的CRC校验结果一直
测试结果如下,可以发现结果一致:
CRC32选项:

CRC32.exe运行结果

其中text.txt为
  1. 0000
复制代码

详细请参考http://www.amobbs.com/thread-5592908-1-1.html


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