OP-TEE项目：在QEMU虚拟环境中运行Ubuntu系统的技术实践

背景介绍

在嵌入式系统开发领域，OP-TEE作为一个开源的可信执行环境(TEE)实现，为开发者提供了安全执行环境解决方案。通常情况下，开发者会使用Buildroot构建轻量级的Linux系统来测试OP-TEE功能。然而，在实际开发中，有时需要在更完整的操作系统环境如Ubuntu上进行开发和测试。

技术挑战

将OP-TEE与Ubuntu系统结合并在QEMU虚拟环境中运行面临几个关键技术挑战：

1. 系统引导流程：需要正确处理U-Boot、ARM Trusted Firmware(ATF)和OP-TEE的加载顺序
2. 内核配置：Linux内核必须启用TEE支持(CONFIG_TEE=y)
3. 设备树处理：QEMU虚拟平台与真实硬件平台的设备树差异
4. 系统集成：将OP-TEE组件正确集成到Ubuntu系统中

解决方案

1. 系统构建流程

构建支持OP-TEE的Ubuntu系统需要以下步骤：

1. 使用debootstrap创建aarch64架构的Ubuntu根文件系统
2. 在chroot环境中编译OP-TEE OS和xtest测试套件
3. 编译支持TEE的Linux内核并安装到根文件系统的/boot目录
4. 编译ARM Trusted Firmware(ATF)和U-Boot，其中U-Boot需要配置TEE和BL31参数指向正确的二进制文件
5. 创建磁盘镜像，包含U-Boot和根文件系统分区
6. 准备U-Boot启动脚本(boot.scr)加载内核和设备树

2. QEMU配置要点

在QEMU中运行这样的系统需要特别注意以下参数：

• 使用virt机器类型：-machine virt
• 启用安全扩展：secure=on
• 禁用内存标记扩展：mte=off
• 指定GIC版本：gic-version=3
• 使用U-Boot作为BIOS：-bios u-boot.bin
• 挂载根文件系统：-drive if=none,file=rootfs.img,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0

3. 设备树处理

QEMU的virt平台会动态生成设备树，这与真实硬件平台不同。开发者需要注意：

• QEMU生成的设备树可能不包含OP-TEE所需的节点
• 目前没有直接的方法向QEMU传递设备树覆盖
• 可能需要修改U-Boot或内核代码来适配虚拟平台

实践建议

对于希望在QEMU中运行Ubuntu+OP-TEE的开发者，建议采取以下方法：

1. 首先在真实硬件上验证系统构建流程
2. 尝试使用QEMU的virt平台运行相同的二进制文件
3. 关注U-Boot和内核的启动日志，检查OP-TEE初始化情况
4. 可能需要调整内存映射和启动参数以适应虚拟环境
5. 考虑使用更轻量级的文件系统(如使用busybox)进行初步验证

总结

在QEMU虚拟环境中运行支持OP-TEE的Ubuntu系统是一个具有挑战性但有价值的技术实践。通过理解系统引导流程、正确配置QEMU参数以及处理虚拟平台与真实硬件的差异，开发者可以建立一个功能完整的测试环境。这种方法特别适合在没有实际硬件的情况下进行OP-TEE应用开发和测试。