TWI516982B - 計算裝置及計算裝置之處理安全服務之方法 - Google Patents

Description

計算裝置及計算裝置之處理安全服務之方法

本發明是關於計算裝置及控制計算裝置處理安全服務之方法，尤其是關於計算裝置之處理單元的核心能夠基於一次的模式轉換而處理多個安全服務(secure service)之計算裝置及控制計算裝置處理安全服務之方法。

為了提升系統的安全層級，現今許多處理單元的核心支援可信執行環境(trusted execution environment，TEE，以下簡稱為安全模式)下之操作，與可信執行環境相對的環境稱為開放執行環境(rich execution environment，REE，或稱為豐富執行環境，以下簡稱為一般模式)。在一般模式下，處理單元的核心執行一般作業系統(normal operation system，normal OS)，以處理大部分與使用者行為相關的操作，例如瀏覽網頁、播放多媒體、下載應用程式等；在安全模式下，處理單元的核心執行安全作業系統(secure operation system，secure OS)，以處理與系統及資料安全 相關的操作，例如數位版權保護(digital right management，DRM)或線上交易付款等安全服務。當安全服務產生，處理單元的核心將從一般模式切換至安全模式以處理該安全服務。實作上，核心藉由一個特定的安全模式呼叫指令，使核心產生模式轉換，意即從一般模式進入安全模式，例如安謀(ARM)公司所設計的SMC(secure monitor call，安全監控呼叫)指令，或是英特爾(Intel)公司所設計的SMX(safer mode extension，安全模式延伸)指令。一個安全服務通常具有一個對應的服務識別資訊(service identification,service ID)。例如以SMC指令通知核心處理安全服務時，必須將該安全服務的服務識別資訊一併發出，核心進入安全模式後再依據該服務識別資訊處理該安全服務，並且於安全服務處理完成後再回到一般模式。

請參閱圖1，其係習知處理單元之核心於一般模式與安全模式間轉換之示意圖。當核心130在一般模式110中於時間T1時得知第一個安全服務(服務識別資訊：001)產生，便發出帶有服務識別資訊為001的SMC指令(例如SMC：001)，以進入安全模式120處理第一個安全服務，待處理完畢後再回到一般模式110中；在時間T2時，核心130得知第二個安全服務(服務識別資訊：002)產生，便發出帶有服務識別資訊為002的SMC指令(例如SMC：002)，以進入安全模式120處理第二個安全服務，待處理完畢後再回到一般模式110中。此設計有一項限制，核心130在進入安全模式後只能處理一項安全服務，即使在處理第一個安全服 務的過程中第二個安全服務已產生，核心130也只能等到第一個安全服務執行完畢，回到一般模式110後才能再發出第二個SMC指令以便處理第二個安全服務。這使得核心在執行安全作業系統時受到相當大的限制，影響處理單元或甚至使用該處理單元之計算裝置的整體效能。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種計算裝置及控制計算裝置處理安全服務之方法，使處理單元的核心在安全模式中有更佳的效能。

本發明揭露了一種處理安全服務之方法，應用於一計算裝置之一處理單元，用來控制該處理單元處理多個安全服務，包含：提供一儲存單元；將一第一命令存入該儲存單元，該第一命令包含一第一安全服務資訊；以及控制該處理單元之一核心於一安全模式下執行以下步驟：存取該儲存單元以取得該第一命令；依據該第一命令處理與該第一安全服務資訊相關之一第一安全服務；以及存取該儲存單元以取得一第二命令，該第二命令包含一第二安全服務資訊；其中，於控制該核心存取該儲存單元以取得該第一與該第二命令的期間，控制該核心停留於該安全模式。

本發明另揭露了一種計算裝置，包含：一處理單元，包含一核心，該核心於一一般模式下依據一安全模式呼叫指 令進入一安全模式；以及一儲存單元，耦接該處理單元，儲存一第一命令，該第一命令包含一第一安全服務資訊；其中該核心於該安全模式下存取該儲存單元以取得該第一命令，依據該第一命令處理與該第一安全服務資訊相關之一第一安全服務，以及存取該儲存單元以取得一第二命令，該第二命令包含一第二安全服務資訊，該核心於存取該儲存單元以取得該第一與該第二命令的期間係停留於該安全模式。

本發明之計算裝置及控制計算裝置處理安全服務之方法能夠讓處理單元的核心在安全模式中，處理多個安全服務後才回到一般模式。相較於習知技術，本發明的核心不需要長時間被安全作業系統限制，而是能夠彈性地在安全模式中處理多個安全服務，甚至可以在安全作業系統中設計時間片斷(time slice)的機制，使安全作業系統擁有多執行緒(multi-thread)的功能，增加核心在安全模式中的效能。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

110‧‧‧一般模式

120‧‧‧安全模式

130、210、410、420‧‧‧核心

220‧‧‧儲存單元

225‧‧‧命令

S310~S350、S510~S590‧‧‧步驟

〔圖1〕為習知處理單元之核心於一般模式與安全模式間轉換以處理安全服務之示意圖； 〔圖2〕為本發明之計算裝置之核心於一般模式與安全模式間轉換以處理安全服務之一實施例的示意圖；〔圖3〕為本發明控制計算裝置處理安全服務之方法之一實施例的示意圖；〔圖4〕為本發明之計算裝置之核心於一般模式與安全模式間轉換以處理安全服務之另一實施例的示意圖；以及〔圖5〕為本發明控制計算裝置處理安全服務之方法之另一實施例的示意圖。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含計算裝置及控制計算裝置處理安全服務之方法，能夠使核心在安全模式中處理多個安全服務。該裝置與方法可應用於具有安全模式與一般模式之設計的處理單元，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依本說明書之揭露內容來選擇等效之元件或步驟來實現本發明，亦即本發明之實施並不限於後敘之實施例。由於本發明之計算裝置所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之控制計算裝置處理安 全服務之方法可藉由本發明之計算裝置或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。

請參閱圖2，其係本發明之計算裝置之核心於一般模式與安全模式間轉換以處理安全服務之一實施例的示意圖。本發明之計算裝置可以是消費型電子產品，例如電視、手機、多媒體播放器等具有資料處理及計算能力的計算裝置，這些裝置通常包含處理單元與儲存單元。處理單元至少包含一核心210，其可操作於一般模式110以及安全模式120，並且在一般模式110以及安全模式120下皆可對儲存單元220進行存取。儲存單元220可以例如是計算裝置的系統記憶體的某個區段，或是某個硬體暫存器。請同時參閱圖3，其係本發明控制計算裝置處理安全服務之方法之一實施例的示意圖。提供上述的儲存單元220後(步驟S310)，當安全服務產生時，安全服務將觸發能夠處理安全服務的核心210產生模式轉換(步驟S320)。在核心210進入安全模式120之前(圖2中以虛線表示)，先將與安全服務相關的命令(Cmd)225，例如包含服務識別資訊的命令，存入儲存單元220中(步驟S330)，然後產生安全模式呼叫指令(例如安謀公司設計的SMC指令)，核心210便依據此指令進入安全模式120(步驟S340)。請注意，相較於習知技術，此處的安全模式呼叫指令不需攜帶安全服務的服務識別資訊，因為服務識別資訊已經在步驟S330被存入儲存單元220。核心210進入安全模式後從儲存單元220中讀取命令225，並 依據命令225中所包含的服務識別資訊處理相關的安全服務(步驟S350)。一般而言，安全服務的優先層級較其他服務高，所以當核心210處理完當前的安全服務後，若儲存單元220內還存有其他的命令225，則核心210將在此次進入安全模式120的時間內，會將與儲存單元220中其他命令225相關的安全服務一併處理完畢，再回到一般模式110。也就是說，當核心210進入安全模式120並處理安全服務，在回到一般模式110之前，會先檢查儲存單元220中是否還有其他的命令，例如以輪詢(polling)的方式每隔一預設時間檢查儲存單元220，待確定無其他待處理的安全服務，核心210才會回到一般模式110。該些其他的命令係為其他有關於安全服務的命令，其可以是在核心210處理當前的安全服務時被存入儲存單元220的，亦可以是在核心210開始處理當前的安全服務前就已經被存入儲存單元220的。

請參閱圖4，其係本發明之計算裝置之核心於一般模式與安全模式間轉換以處理安全服務之另一實施例的示意圖。隨著處理單元的功能日益強大，其所提供的核心數也愈多。當處理單元有兩個以上的核心，其中至少一個會被設計為安全核心(secure core)，只有安全核心能夠進入安全模式中處理安全服務，其餘的核心則在一般模式中處理其他的服務。如圖4所示的實施例中，計算裝置的處理單元包含兩個核心，分別是核心410及核心420，核心410為安全核心，其可以因安全模式呼叫指令的觸發而進入安全模式，而核心420則為非安全核心，或稱一般核 心。然而在其他的實施例中，計算裝置的處理單元可以包含更多核心，例如四核心，且安全核心也不限於一個，例如可以設計四個核心中的其中兩個為安全核心。請同時參閱圖5，其係本發明控制計算裝置處理安全服務之方法之另一實施例的示意圖。與前一個實施例相同，同樣先提供用來儲存包含安全服務資訊的命令225的儲存單元220(步驟S510)。當安全服務產生時，安全服務將觸發核心410產生模式轉換(步驟S520)，然而此安全服務事件可能是由安全核心410或是非安全核心420接收；無論是由何者接收，皆會將與安全服務相關的命令225，例如包含服務識別資訊的命令225，存入儲存單元220中(步驟S530)。接下來判斷接收到安全服務事件的核心是否為安全核心(步驟S540)。如果是核心420接收到該安全服務事件，因為核心420不是安全核心，無法處理該安全服務，所以必須發出通知Notify以通知核心410處理該安全服務(步驟S550)，核心410會因為這個通知Notify而產生例外處理(exception)(步驟S560)，這個例外處理將使核心410進入安全模式120。然而如果上述的安全服務事件產生時是由核心410接收，則步驟S540將會判斷為是而直接進入步驟S570。在步驟S570中，核心410判斷自己是否已處於安全模式120，如果非處於安全模式120，則核心410產生安全模式呼叫指令(步驟S580)，核心410便依據此指令進入安全模式120以處理該安全服務(步驟S590)，亦即核心410從儲存單元220中讀取命令225，並依據命令225處理相關的安全服務；而如果步驟S570的判斷為是，亦即核心 410於例外處理產生的當時已處於安全模式120(表示核心410正在處理其他安全服務)，則於目前的安全服務處理完畢後即可立即處理該安全服務(步驟S590)，不需離開安全模式120再重新進入。

上述的儲存單元可以例如是計算裝置的系統記憶體的某個區段，或是計算單元的某個硬體暫存器，核心在一般模式110及安全模式120下皆可對兩者進行存取。步驟S550的通知Notify可以是一個軟體中斷(software generated interrupt，SGI)，或是一個硬體中斷。硬體中斷例如是信箱中斷(mailbox interrupt)機制，在此機制下位於一般模式110的核心420將命令225寫入硬體暫存器，然後發出中斷通知核心410硬體暫存器中有新的命令產生。

值得注意的是，當核心410於安全模式120中處理安全服務時，此時若有新的安全服務產生，將由核心420接收到此安全服務事件，核心420將相關於此安全服務之命令存入儲存單元(步驟S530)，並且發出通知Notify以通知核心410(步驟S550及S560)。核心410依據核心420的通知Notify得知儲存單元220中有新的命令225產生，因此處理完目前的安全服務後不會立即返回一般模式110，而是依據上述的通知存取儲存單元220以取得其他命令225，並處理與該命令相關之安全服務。換句話說，在本實施例的架構下，不會如習知中因為安全核心410正在安全模式120中處理安全服務而導致下一個安全服務無法發出；相反的，在本 發明中，核心410在進入安全模式120後，可以處理核心420所發出之中斷，因此在安全模式120中仍可以接收對應於不同安全服務的通知Notify，並連續處理不只一個安全服務。例如當核心410在安全模式120中核心420持續將新的命令225存入儲存單元220，則核心410可以持續處理新發生的安全服務，也就是核心410在一次進入安全模式120的期間，可以處理一個以上的安全服務，使核心410在執行安全作業系統時可以有更多的彈性。

此外，本發明可以藉由時間片斷機制，使安全作業系統可以支援多執行緒的排程機制(scheduling)。而當有時間片斷機制的設計時，核心410可以在時間片斷結束時即先行返回一般模式110，即使安全服務仍未處理完畢。舉例來說，當核心410在處理安全服務時，需要藉由直接記憶體存取(direct memory access，DMA)單元移動資料，其於下達指令使直接記憶體存取單元開始動作後，如果當該次的時間片斷結束時直接記憶體存取單元的工作尚未完成，且儲存單元220中沒有其他命令待處理時，此時核心410為了避免在安全模式120中徒耗時間，便先返回一般模式110中支援處理其他服務；當直接記憶體存取單元完成工作後，即通知一般模式110中的核心(核心410或核心420)。如果是核心410接到該通知，則進行步驟S570~S590，如果是核心420接到該通知，則進行步驟S550~S590，使核心410進入安全模式120處理該安全服務的後續工作。也就是說，核心410可以於處理安全服務的過程中彈性地在一般模式110與安全模式120中轉換，不 會將計算資源浪費在等待的過程中，使整個處理單元的運作更有效率。在一個較佳的實施例中，如果安全作業系統有時間片斷的設計，當時間片斷結束時，核心410會先確認儲存單元220中是否有待處理的命令，如果有，則核心410將繼續留在安全模式120中處理安全服務，如果儲存單元220已空，則返回一般模式110。

在另一個實施例中，安全核心410並非依據核心420的通知從一般模式110進入安全模式120，而是設定一個預設時間(例如時間片斷)，當預設時間到達時，核心410自行發出不帶有服務識別資訊的安全模式呼叫指令，使自己進入安全模式120，因此核心410可以週期性地進入安全模式120中檢查是否有新的安全服務產生。在一個較佳的實施例中，上述的方式可以與通知並行，也就是說核心410除了可以週期性地進入安全模式120中檢查是否有安全服務產生之外，亦可經由另一核心420的通知而進入安全模式120中檢查是否有安全服務產生。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖2及圖4之裝置發明的揭露內容來瞭解圖3及圖5之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。另外，本技術領域人士可依本發明之揭露內容及自身的需求選擇性地實施任一實施例之部分或全部技術特徵，或者選擇性地 實施複數個實施例之部分或全部技術特徵之組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

S510~S590‧‧‧步驟

Claims (17)

1. 一種處理安全服務(secure service)之方法，應用於一計算裝置之一處理單元，用來控制該處理單元處理多個安全服務，包含：提供一儲存單元；將一第一命令存入該儲存單元，該第一命令包含一第一安全服務資訊；以及控制該處理單元之一核心於一安全模式下執行以下步驟：存取該儲存單元以取得該第一命令；依據該第一命令處理與該第一安全服務資訊相關之一第一安全服務；以及存取該儲存單元以取得一第二命令，該第二命令包含一第二安全服務資訊；依據該第二命令處理與該第二安全服務資訊相關之一第二安全服務；其中，於控制該核心存取該儲存單元以取得該第一命令至依據該第二命令處理與該第二安全服務資訊相關之該第二安全服務的期間，控制該核心停留於該安全模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中存取該儲存單元以取得該第二命令的步驟更包含：將該第二命令存入該儲存單元； 對在該安全模式下之該核心發出一通知；以及控制該核心依據該通知存取該儲存單元以取得該第二命令。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該通知為一軟體中斷與一硬體中斷的其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該安全模式之該核心依據一預設時間存取該儲存單元中之其他命令。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：令該核心於一一般模式下停留一預設時間後進入該安全模式。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：依據一通知令該核心由一一般模式進入該安全模式；其中，該通知係反應該第一命令存入該儲存單元。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含：產生一安全模式呼叫指令；以及依據該安全模式呼叫指令令該核心由一一般模式進入該安全模式；其中，該安全模式呼叫指令未包含該第一安全服務資訊。
8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該核心在該安全模式下執行之步驟更包含：對該儲存單元內之該些命令進行排程，以利用多執行緒之方式執行該些命令。
9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含： 當該核心於該安全模式下停留一預設時間，且該儲存單元內無命令時，令該核心離開該安全模式並進入一一般模式。
10. 一種計算裝置，包含：一處理單元，包含一核心，該核心於一一般模式下依據一安全模式呼叫指令進入一安全模式；以及一儲存單元，耦接該處理單元，儲存一第一命令，該第一命令包含一第一安全服務資訊；其中該核心於該安全模式下存取該儲存單元以取得該第一命令，依據該第一命令處理與該第一安全服務資訊相關之一第一安全服務，以及存取該儲存單元以取得一第二命令，該第二命令包含一第二安全服務資訊，依據該第二命令處理與該第二安全服務資訊相關之一第二安全服務，該核心於存取該儲存單元以取得該第一命令至依據該第二命令處理與該第二安全服務資訊相關之該第二安全服務的期間係停留於該安全模式。
11. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中該安全模式呼叫指令未包含該第一安全服務資訊。
12. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中該處理單元更包含另一核心，該另一核心於該一般模式下將該第二命令存入該儲存單元並且發出一通知，以通知該核心存取該儲存單元以取得該第二命令。
13. 如申請專利範圍第12項所述之計算裝置，其中該核心於該一般模式下依據該通知由該一般模式進入該安全模式。
14. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中該核心於該安全模式下依據一預設時間存取該儲存單元中之其他命令。
15. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中該核心於該一般模式下停留一預設時間後進入該安全模式。
16. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中該核心對該儲存單元內之該些命令進行排程，以利用多執行緒之方式執行該些命令。
17. 如申請專利範圍第10項所述之計算裝置，其中當該核心於該安全模式下停留一預設時間，且該儲存單元內無命令時，該核心離開該安全模式並進入該一般模式。