English Title: Let the microcontroller (such as STM32 MCU) compiler automatically embed the CRC32 value for firmware integrity check in bootloader
说明
这是我多年前开始采用的一种方法，欢迎交流，转载请注明出处。
这种方法通过在FLASH存储空间的最末尾设置两个int32大小的crc32Value和crc32Value2来实现。
几种常见的自检形式
以下是几种常见的嵌入式程序自检情形，先来简述一下其实现方式：
无bootloader，裸程序运行，程序运行前进行自检；
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；
有bootloader，或者无bootloader，原始程序里面有加密的字节，根据MCU唯一ID计算出来一个或一组校验值。为表述方便，设这个校验值为Security_ID。对于这种情况需要：
原始程序里有一个setCheckValue()的程序，用以实现在首次上电运行时的初始化计算，同时包含某些加密数据如Security_ID的初始化生成，为程序防复制（防盗）函数提供有效性的检验数据；
一个erase_setCheckValue()的程序，用以实现对setCheckValue()程序的擦除，用以实现对Security_ID计算算法的隐藏，因此就算MCU固件被获取，也难以得知MCU内部数据的校验算法，实现程序的防破解；
和一个setCRC32Value2()的程序，对擦除setCheckValue()后的固件进行校验，将CRC32存储到FLASH中。
具体过程为：
a) 在编译时将固件CRC32校验值（排除crc32Value和crc32Value2所在地址）写入crc32Value中，此时固件为完整固件，并可根据bootloader功能进行加密；
b) 将固件下载到MCU中，上电后，bootloader计算固件的CRC32与crc32Value是否相符，如不相符继续判定是否与crc32Value相符，从而确定固件是否有效；
c) bootloader判定固件有效后，跳转入固件程序。setCheckValue()根据MCU的唯一ID计算出一系列值（记为Security_ID)，将其烧写到FLASH内部的存储空间中，用以实现加密校验功能；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。
d) 之后程序进入正常运行阶段，在程序的正常运行阶段，校验Security_ID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。
编译器设置与CRC32计算
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，单片机代码端按上述逻辑方式处理即可。
首先，在options里面添加Build后自动运行命令
autocalcrc32.bat文件为
"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"
"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。
authorization_auto_generated.c为自动生成的文件，为
const unsigned int program_crc32_chk_value_original __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFF8))) = 0xAF1EBAB1;
const unsigned int program_crc32_chk_value_reserved __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFFC))) = 0xFFFFFFFF;其中，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。
crc32.exe为我自己编译的程序，如下为文件crc32.c：
/*****************************************************
** Name : crc32.c
** Author : www.technblogy.com
** Version : 2.1
** Date : 2014-8-24
** Description : CRC32 Checking For Cortex Embedded
******************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
//#include <errno.h>
//#include <unistd.h>
//#include <fcntl.h>
//#include <sys/stat.h>
/*指定程序的大小*/
/*实际校验字节的大小为DOCSIZE-8，留有两个int32的空间*/
/*DOCSIZE-8应该小于MAXBUFSIZE*/
#define MAXBUFSIZE 1024*1024
static void usage(void);
static int calc_img_crc(const char * in_file, unsigned int * img_crc, unsigned int docsize);
static void usage(void)
{
}
/*我的32位int数据CRC32计算程序，应该与下位机的一致*/
unsigned int CrcGen_INT32(unsigned int crc,unsigned int data[], unsigned int size)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<size;i++){
unsigned int temp = data[i];
unsigned int j;
for(j=0;j<32;j++){
if( (crc ^ temp) & 0x80000000 ){
crc = 0x04C11DB7 ^ (crc<<1);
}else{
crc <<=1;
}
temp<<=1;
}
}
return crc;
}
/*
**计算大文件的CRC校验码:crc32函数,是对一个buffer进行处理,
**但如果一个文件相对较大,显然不能直接读取到内存当中
**所以只能将文件分段读取出来进行crc校验,
**然后循环将上一次的crc校验码再传递给新的buffer校验函数,
**到最后，生成的crc校验码就是该文件的crc校验码.(经过测试)
*/
unsigned char buf[MAXBUFSIZE];
static int calc_img_crc(const char *in_file, unsigned int *img_crc, unsigned int docsize)
{
FILE* fd;
int nread;
int size;
int ret;
/*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,
**那么接收端也同样需要使用该值进行计算 */
unsigned int crc = 0x6E59438A;
fd = fopen(in_file, "rb");
if (!fd) {
printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
return -1;
}
size = 0;
while ((nread = fread(buf, 1, docsize-8, fd)) > 0) {
crc = CrcGen_INT32(crc, (int*)buf, nread/4);
size += nread;
break;
}
*img_crc = crc;
printf("calculate first %d bytes of file: ",size);
close(fd);
if (nread < 0) {
printf("%d:read %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
return -1;
}
return 0;
}
int main(int argc, char **argv)
{
FILE* filsave;
FILE* filver;
int status;
unsigned int ver = 0;
unsigned int verdate = 0;
unsigned int img_crc;
const char *in_file = argv[1];
const char *out_file = argv[2];
const unsigned int docsize = atoi(argv[3]);
if (argc < 3) {
usage();
exit(1);
}
/*Version 号产生程序，做相应更改以适用你自己的代码*/
{
int i;
for(i=0;__DATE__[i];i++)
{
verdate += __DATE__[i];
verdate = verdate ^ (verdate>>1)^ (verdate>>2)^ (verdate>>3)^ (verdate>>4)^ (verdate>>5);
}
}
/*计算CRC32*/
status = calc_img_crc(in_file, &img_crc, docsize);
if (status < 0) {
exit(1);
}
printf("[%s] is:\nCRC32:%08X\n", in_file, img_crc);
/*编译次数文件，计算当前的编译次数*/
filver = fopen("ver.txt","r");
if(!filver)
{
filver = fopen("ver.txt","w");
fprintf(filver,"%d",0);
fclose(filver);
filver = fopen("ver.txt","r");
}
if(filver)
{
fscanf(filver,"%d",&ver);
fclose(filver);
ver ++;
filver = fopen("ver.txt","w");
if(filver)
{
fprintf(filver,"%d",ver);
fclose(filver);
}
else
{
printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
return -1;
}
}
else
{
printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
return -1;
}
/*生成.c文件*/
filsave = fopen(out_file,"w");
if(filsave)
{
/*!三个变量的地址需要根据项目进行更改*/
fprintf(filsave,"const unsigned int program_crc32_chk_value_original __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFF8))) = 0x%08X;\r\n",img_crc);
fprintf(filsave,"const unsigned int program_crc32_chk_value_reserved __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFFC))) = 0xFFFFFFFF;\r\n");
// fprintf(filsave,"const unsigned int CompileTick __attribute__((used)) __attribute__((at(0x0806FFF4))) = %d;\r\n",verdate);
fclose(filsave);
}
else
{
printf("%d:open %s.\n", __LINE__, strerror(errno));
return -1;
}
/*输出编译次数，退出*/
printf("ver = %d\n",ver);
return 0;
}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。
本文crc32.c所采用的CRC Parameters
上述CRC32的计算结果，与http://www.zorc.breitbandkatze.de/crc.html 如下的设定一致。即上述crc32.c的CRC parameters为
0 Comments