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Microchip Curiosity PIC32MZEF 用のデモブートローダー
重要
これは、FreeRTOS リリース 202210.00 で使用する「FreeRTOS ユーザーガイド」のアーカイブ版です。このドキュメントの最新バージョンについては、FreeRTOS ユーザーガイドを参照してください。
注記
Microchip との合意に基づき、Curiosity PIC32MZEF (DM320104) は FreeRTOS Reference Integration リポジトリのメインブランチから削除されるため、新しいリリースには搭載されません。Microchip は PIC32MZEF (DM320104) が新しい設計に推奨されなくなったことを公式に発表
このデモブートローダーは、ファームウェアバージョンチェック、暗号署名の検証、およびアプリケーションの自己テストを実装します。これらの機能は、FreeRTOS の無線通信経由 (OTA) によるファームウェアの更新をサポートします。
ファームウェア検証は、無線で受信した新しいファームウェアの信頼性と誠実性を検証することが含まれます。ブートローダーは、起動する前にアプリケーションの暗号署名を検証します。このデモでは、SHA-256 と楕円曲線デジタル署名アルゴリズム (ECDSA) を使用しています。提供されているユーティリティを使用して、デバイス上でフラッシュできる署名付きアプリケーションを生成することができます。
ブートローダーは、OTA に必要な次の機能をサポートしています。
-
デバイス上でアプリケーションイメージを維持し、それらを切り替えます。
-
受信した OTA イメージの自己テスト実行を許可し、失敗時にロールバックします。
-
OTA 更新イメージの署名とバージョンをチェックします。
注記
FreeRTOS デモをセットアップして実行するには、FreeRTOS の開始方法 の手順に従います。
ブートローダーのステート
ブートローダーのプロセスは以下のステートマシンで示されます。
次の表はブートローダーのステートを説明しています。
| ブートローダーのステート | 説明 |
|---|---|
|
初期化 |
ブートローダーが初期化状態になっています。 |
|
検証 |
ブートローダーはデバイスに存在するイメージを検証しています。 |
|
イメージ実行 |
ブートローダーが選択したイメージを起動しています。 |
|
デフォルト実行 |
ブートローダーがデフォルトイメージを起動しています。 |
|
エラー |
ブートローダーがエラー状態になっています。 |
上の図では、Execute Image および Execute
Default の両方が Execution ステートとして表示されています。
- ブートローダーの実行ステート
-
ブートローダーは、
Execution状態にあり、選択した検証済みイメージを起動する準備ができました。起動されるイメージが上位バンクにある場合、アプリケーションは常に下位バンク用に構築されているため、イメージを実行する前にバンクがスワップされます。 - ブートローダーのデフォルト実行ステート
-
デフォルトイメージを起動する設定オプションが有効になっている場合、ブートローダーはデフォルトの実行アドレスからアプリケーションを起動します。デバッグ中を除いて、このオプションを無効にする必要があります。
- ブートローダーのエラー状態
-
ブートローダーがエラー状態で、デバイスに有効なイメージがありません。ブートローダーはユーザーに通知する必要があります。デフォルトの実装では、ログメッセージがコンソールに送信され、ボード上の LED が永続的にすばやく点滅します。
フラッシュデバイス
Microchip Curiosity PIC32MZEF プラットフォームでは、2 メガバイト (MB) の内部プログラムフラッシュが 2 つのバンクに分割されています。これらの 2 つのバンクとライブアップデート間のメモリマップスワッピングをサポートしています。デモブートローダーは、別個の下部ブートフラッシュ領域にプログラムされています。
アプリケーションイメージ構造
この図は、デバイスの各バンクに保存されているアプリケーションイメージのプライマリコンポーネントを示しています。
| コンポーネント | サイズ (バイト単位) |
|---|---|
|
イメージヘッダー |
8 バイト |
|
イメージ記述子 |
24 バイト |
|
アプリケーションバイナリ |
< 1 MB - (324) |
|
Trailer |
292 バイト |
イメージヘッダー
デバイス上のアプリケーションイメージは、マジックコードとイメージフラグで構成されるヘッダーで始まる必要があります。
| ヘッダーフィールド | サイズ (バイト単位) |
|---|---|
|
マジックコード |
7 バイト |
|
イメージフラグ |
1 バイト |
マジックコード
フラッシュデバイスのイメージはマジックコードで始まる必要があります。デフォルトのマジックコードは @AFRTOS です。ブートローダーは、イメージを起動する前に有効なマジックコードが存在するかどうかを確認します。これが検証の最初のステップです。
イメージフラグ
イメージフラグは、アプリケーションイメージのステータスを保存するために使用されます。フラグは OTA プロセスで使用されます。両方のバンクのイメージフラグがデバイスの状態を決定します。実行イメージがコミット保留中としてマークされている場合、デバイスが OTA 自己テストフェーズにあることを意味します。デバイス上のイメージが有効とマークされていても、起動ごとに同じ検証ステップが実行されます。イメージが新しいものとしてマークされている場合、ブートローダーはそれをコミット保留としてマークし、検証後にセルフテストのために起動します。ブートローダーはまた、ウォッチドッグタイマーを初期化して開始するため、新しい OTA イメージがセルフテストに失敗した場合、デバイスはリブートし、ブートローダーはイメージを消去して拒否し、以前の有効なイメージを実行します。
デバイスは有効なイメージを 1 つのみ持つことができます。もう 1 つのイメージは、新しい OTA イメージか、コミット保留中 (セルフテスト) です。OTA 更新が正常に完了すると、古いイメージがデバイスから消去されます。
| ステータス | 値 | 説明 |
|---|---|---|
|
新しいイメージ |
0xFF |
アプリケーションイメージは新しく、決して実行されません。 |
|
コミット保留中 |
0xFE |
アプリケーションイメージにテスト実行のためのマークが付けられます。 |
|
有効です |
0xFC |
アプリケーションイメージが有効とマークされ、コミットされます。 |
|
無効 |
0xF8 |
アプリケーションイメージは無効とマークされています。 |
イメージ記述子
フラッシュデバイス上のアプリケーションイメージには、イメージヘッダーの後にイメージ記述子が含まれている必要があります。イメージ記述子は、ポストビルドユーティリティによって生成されます。ポストビルドユーティリティは、設定ファイル (ota-descriptor.config) を使用して適切な記述子を生成し、それをアプリケーションバイナリに付加します。このビルド後のステップの出力は、OTA に使用できるバイナリイメージです。
| 記述子フィールド | サイズ (バイト単位) |
|---|---|
|
シーケンス番号 |
4 バイト |
|
開始アドレス |
4 バイト |
|
終了アドレス |
4 バイト |
|
実行アドレス |
4 バイト |
|
ハードウェア ID |
4 バイト |
|
リザーブド |
4 バイト |
- シーケンス番号
-
シーケンス番号は、新しい OTA イメージを構築する前に増加させる必要があります。
ota-descriptor.configファイルを参照してください。ブートローダーは、この番号を使用してブートするイメージを決定します。有効な値の範囲は 1～4294967295 です。 - 開始アドレス
-
デバイス上のアプリケーションイメージの開始アドレスです。イメージ記述子がアプリケーションバイナリの先頭に付いているため、このアドレスはイメージ記述子の先頭です。
- 終了アドレス
-
イメージトレーラーを除く、デバイス上のアプリケーションイメージの終了アドレスです。
- 実行アドレス
-
イメージの実行アドレスです。
- ハードウェア ID
-
OTA イメージが正しいプラットフォーム用に構築されているかどうかを検証するためにブートローダーによって使用される一意のハードウェア ID です。
- リザーブド
-
これは、将来の利用のために予約されています。
イメージトレーラー
イメージトレーラーはアプリケーションバイナリに付加されます。これには、署名タイプ文字列、署名サイズ、およびイメージの署名が含まれます。
| トレーラーフィールド | サイズ (バイト単位) |
|---|---|
|
署名タイプ |
32 バイト |
|
署名サイズ |
4 バイト |
|
署名 |
256 バイト |
- 署名タイプ
-
署名タイプは、使用されている暗号アルゴリズムを表す文字列で、トレーラーのマーカーとして機能します。ブートローダーは、楕円曲線デジタル署名アルゴリズム (ECDSA) をサポートしています。デフォルトは sig-sha256-ecdsa です。
- 署名サイズ
-
暗号署名のサイズで、バイト単位です。
- 署名
-
イメージ記述子が付加されたアプリケーションバイナリの暗号化署名です。
ブートローダーの設定
基本的なブートローダー設定オプションは、freertos/vendors/microchip/boards/curiosity_pic32mzef/bootloader/config_files/aws_boot_config.h
- デフォルトスタートを有効にする
-
デフォルトアドレスからアプリケーションを実行できるようにします。デバッグのためにのみ有効にする必要があります。イメージは、検証なしでデフォルトのアドレスから実行されます。
- 暗号署名検証を有効にする
-
起動時に暗号化署名検証を有効にします。失敗したイメージはデバイスから消去されます。このオプションはデバッグ目的でのみ提供されており、本番環境では有効にする必要があります。
- 無効なイメージを消去する
-
そのバンクのイメージ検証が失敗した場合に、完全なバンク消去を有効にします。このオプションはデバッグ用に提供されており、本番環境では有効にする必要があります。
- ハードウェア ID 検証を有効にする
-
OTA イメージの記述子内のハードウェア ID と、ブートローダーにプログラムされたハードウェア ID の検証を有効にします。これはオプションで、ハードウェア ID の検証が不要な場合は無効にすることができます。
- アドレス検証を有効にする
-
OTA イメージ記述子の開始アドレス、終了アドレス、実行アドレスの検証を有効にします。このオプションを有効にしておくことをお勧めします。
ブートローダーのビルド
デモブートローダーは、FreeRTOS ソースコードリポジトリの aws_demos にある freertos/vendors/microchip/boards/curiosity_pic32mzef/aws_demos/mplab/aws_demos プロジェクトがビルドされる場合、ブートローダーが最初にビルドされ、続いてアプリケーションがビルドされます。最終的な出力は、ブートローダーとアプリケーションを含む統合された 16 進数イメージです。factory_image_generator.py ユーティリティは、暗号化署名付きの統合された 16 進数イメージを生成するために提供されています。ブートローダーユーティリティのスクリプトは、freertos/demos/ota/bootloader/utility/
ブートローダーのビルド前のステップ
このビルド前のステップでは、codesigner_cert_utility.py というユーティリティスクリプトが実行され、コード署名証明書からパブリックキーが抽出され、Abstract Syntax Notation One (ASN.1) エンコード形式のパブリックキーを含む C ヘッダーファイルが生成されます。このヘッダーは、ブートローダープロジェクトにコンパイルされます。生成されたヘッダーには、パブリックキーの配列とキーの長さという 2 つの定数が含まれています。ブートローダープロジェクトを aws_demos なしでビルドし、通常のアプリケーションとしてデバッグすることもできます。
