x86 privilege introduce

本文探讨了处理器中实现的特权概念,通过为关键对象分配0到3的值来定义特权等级。详细介绍了描述符、选择器和当前特权级的作用,并解释了不同特权级别如何在数据访问控制中发挥作用,确保程序只能访问相同或更低特权级别的数据。

1.Concept of privilege
     The concept of privilege is implemented by assigning a value from zero to three to key objects recognized by the processor.This value is called the privilege level.
     ● Descriptors contain a field called the descriptor privilege level(DPL).
     ● Selectors contain a field called the requestor's privilege level(RPL). The RPL is intended to represent the privilege level ofthe procedure that originates a selector.
     ● An internal processor register records the current privilege level(CPL).Normally the CPL is equal to the DPL of the segment thatthe processor is currently executing.CPL changes as control is transferred to segments with differing DPLs. 


2.Restricting access to Data
     Three different privilege levels enter into this type of privilege check:
     1)The CPL (current privilege level).
     2)The RPL (requestor's privilege level) of the selector used to specify the target segment.
     3)The DPL of the descriptor of the target segment.   
     Instructions may load a data-segment register only if the DPL of the target segment is numerically greaterthan or equal to the maximum of the CPL and the selector's RPL.   
     In other words, a procedure can only access data that is at the same or lessprivileged level.

    Level value: 0(kernel) & 3(application)  And   Privilege priority : kernel > application

AXI(Advanced eXtensible Interface)协议是ARM公司提出的一种高性能、高带宽、低延迟的片上系统(SoC)互连协议,广泛应用于嵌入式系统和高性能计算领域。在AXI协议中,privilege(特权)位用于控制访问权限,通常用于区分特权模式(如操作系统内核)和非特权模式(如用户应用程序)的访问权限。 在AXI协议中,privilege位通过`AWPRIV`和`ARPRIV`信号分别在写和读事务中传输,表示发起事务的主体是否处于特权模式。该信号通常与系统的安全机制结合使用,例如与TrustZone技术配合,实现对敏感资源的安全访问控制[^1]。 ### AXI Privilege配置用途 1. **访问控制**:通过配置privilege位,系统可以限制某些资源只能由特权模式访问,防止用户模式的软件访问关键系统资源,从而提高系统的安全性。 2. **权限隔离**:在多任务系统中,不同的任务可以运行在不同的特权级别下。AXI的privilege机制可以确保只有具有适当权限的任务才能访问特定的外设或内存区域。 3. **调试与监控**:某些系统可以利用privilege位来决定是否允许调试器访问特定的寄存器或内存区域,从而防止未经授权的调试行为。 ### AXI Privilege错误 当一个事务发起者试图以不适当的权限访问某个资源时,AXI系统可能会产生一个权限错误(Privilege Violation)。这种错误通常会导致事务被拒绝,并可能触发异常处理机制。例如: - 当一个非特权主设备尝试访问只能由特权主设备访问的外设时; - 当一个非安全世界的主设备尝试访问安全世界中的资源时(在支持TrustZone的系统中)。 AXI系统通常通过一个安全控制器或访问控制单元(如ARM的TrustZone Address Space Controller)来检查每个事务的权限,并决定是否允许该事务继续执行。 ### 配置建议 1. **明确访问策略**:在系统设计阶段,应明确每个主设备和从设备的访问权限,并在AXI互连中配置相应的privilege策略。 2. **使用AXI安全扩展**:对于需要更高安全性的系统,建议启用AXI的安全扩展功能(如ARM TrustZone),并结合privilege位进行更细粒度的访问控制。 3. **调试与日志记录**:在开发和测试阶段,启用权限错误的日志记录功能,以便及时发现潜在的权限问题。 ### 示例配置 在某些FPGA或SoC平台中,可以通过硬件描述语言(如Verilog或VHDL)配置AXI主设备的privilege位。例如,在Verilog中,可以定义一个参数来控制是否启用特权访问: ```verilog parameter PRIVILEGE_MODE = 1'b1; // 1: 特权模式, 0: 非特权模式 ``` 然后在AXI事务生成时,将该参数传递给`AWPRIV`和`ARPRIV`信号: ```verilog assign m_axi_awpriv = PRIVILEGE_MODE; assign m_axi_arpriv = PRIVILEGE_MODE; ``` ### 错误处理机制 当发生权限错误时,系统可以通过以下方式处理: - **中断通知**:触发一个异常中断,通知操作系统进行相应的处理; - **事务终止**:直接终止该事务,并返回错误响应; - **日志记录**:记录错误发生的上下文信息,便于后续分析和调试。
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