用於建立安全處理器工作點的方法和裝置的製作方法
2023-10-06 08:08:34 2
專利名稱：用於建立安全處理器工作點的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明的實施例大體涉及可調處理器工作參數的控制和計算機處理器的安全。
背景技術：
計算機的處理器有時具有可調工作參數，諸如處理器的工作電壓或處理器的時鐘頻率。例如在某些筆記本電腦系統中，期望降低處理器的工作電壓和/或處理器的時鐘頻率以節省電源。這些可調參數的工作點(即處理器運行的水平)可在處理器運行或者在諸如冷啟動或重啟之類的處理器啟動期間改變。可調工作參數可至參考例如由處理器製造商提供的一組工作點的設置值。即使在做出調整儘管只有有限的調整範圍、有限的時間和/或器件和機制招致調整的約束，但是仍可認為這些處理器工作參數是可調的或者動態的。
由上可知，可調工作參數的一個實例可以是處理器的工作電壓。在某些處理器中，處理器的工作電壓由外部電壓調節器管理，在此情況下該電壓調節器能夠接受定義用於提供給處理器期望電壓的電壓選擇輸入。電壓調節器的電壓選擇輸入可由晶片組或處理器自身提供並且可由外部軟體編程。可調工作參數的另一個實例可以是處理器的時鐘頻率。可調處理器時鐘頻率可由例如外部輸入源時鐘(例如外部總線時鐘)和內部處理器核心時鐘之間的分配器編程所支持。處理器核心時鐘可顯示由諸如鎖相環(PLL)或等效功能生成的外部時鐘分數倍數的的某些整數。在此情況下，內部處理器時鐘的工作頻率可通過重編由外部總線至核心時鐘分配器值而改變。
計算機安全包括用於保護計算機或計算機系統免遭未經授權訪問損害的技術和機制。這些技術可涉及軟體和/或硬體安全機制並且可以包括用於處理器安全的技術。
圖1是結合了本發明的一個實施例的具有用於建立安全處理器工作點元件的處理器簡化框圖。
圖2是結合了本發明的一個實施例示出配置以建立安全處理器工作點產生的處理器的系統簡化框圖。
圖3是結合本發明的一個實施例的建立安全處理器工作點的用於安全引導的方法簡化流程圖。
具體實施例方式
以下描述的設備和方法可用於在諸如屬於已知處理器恰當運行限制內的已建立的可接受工作點處建立處理器工作參數。以下所描述系統的某些實施例可使用在例如高度安全的軟體環境中用來確保參與安全啟動過程的處理器具有已知的安全操作電壓和/或時鐘頻率，使在啟動過程的完整度得到更高的保障。「安全引導」可在系統運行期間(諸如在為了執行安全應用的動態保護系統的過程中)動態地發生，並且可以僅僅要求安全核的一次引導(即，不需要整個作業系統的重新引導)。安全工作點的確認可以是執行安全引導的指令初始階段的部分。某些實施例能夠指出位於測試或支持工作點外的處理器工作參數有意或無意的錯誤編程的地址，這些錯誤編程可能還會導致不可靠的處理器運行和潛在的可被利用的安全漏洞。在某些實施例中，只有處理器在安全工作點處以可調的工作參數運行時才認為處理器已被安全地引導了，而且只有在系統中所有的處理器都在安全工作點處以可調的工作參數運行時才認為系統已被安全地引導了。可以認識到在此描述的這些實例的修改和變化都由以下提供的教導材料所包羅在內並且在所附權利要求的範圍內。
圖1是結合本發明的一個實施例的具有用於建立安全處理器工作點元件的處理器簡化框圖。圖1顯示了具有可調工作電壓及核心時鐘頻率的處理器101。在其他的實施例中，處理器可以僅僅具有一個可調工作參數，也可以具有不同的可調工作參數，或者還可具有附加的可調工作參數(諸如基於溫度、處理器性能和功耗等等的輸出緩衝驅動力或者處理器節流點)。處理器101可以是嵌入晶片內或者以多個分離組件的形式的系統。
如圖1所示，處理器101具有電壓選擇輸入125和時鐘源輸入135，它們在處理器啟動(在此也稱為引導)時可以用來確定處理器101的工作電壓和核心時鐘頻率。如上所述，電壓選擇輸入125也可是指定輸入至處理器101電壓的外部電壓調節器(未示出)的輸入。處理器101通過讀取電壓選擇輸入125確定驅動什麼樣的電流電壓至處理器101。在其他實施例中，處理器101可通過來自電壓調整輸出的反饋、來自邏輯結構的反饋或其他配置代替電壓選擇輸入125來確定當前電壓。在某些實施例中，時鐘源輸入135可接受來自諸如外部總線時鐘的外部輸入源時鐘的輸入，並且能夠用於定義處理器101的內部核心時鐘頻率。
如圖1所示，處理器101包括電壓工作點控制器120、時鐘工作點控制器130、參考信息存儲器元件140和安全引導邏輯150。在示出的實施例中，電壓工作點控制器120耦合至電壓選擇輸入125，同時耦合至電壓調整輸出128，並且經由線126、127和129耦合至安全引導邏輯150。電壓工作點控制器120可使用電壓選擇輸入125以確定用於處理器101的當前電壓工作點是多少。在某些實施例中，電壓工作點控制器120可以通過由電壓調整輸出128發送信號至指定外部電壓的設備(諸如外部電壓調節器)調整當前電壓工作點。這樣，通過由電壓調整輸出128發送信號，電壓工作點控制器120可調整用於處理器101工作電壓的工作點。當然在其他實施例中的處理器101的工作電壓也可使用其他機制進行調整，諸如不同的內部控制元件、不同的外部控制元件和完全的內部元件等等。在某些實施例中，電壓調整輸出和電壓選擇輸入可在有線的或裝置或者不同於圖1所示的其他裝置同一個引腳上實現。
在示出的實施例中，時鐘工作點控制器130耦合至時鐘輸入源135並且經由線137-139耦合至安全引導邏輯150。在此實施例中，時鐘工作點控制器130包括可編程分配器134，該分配器134如上所述可把來自時鐘源輸入135(即外部總線時鐘)的外部輸入源時鐘分成內部處理器核心時鐘，該核心時鐘可表示的外部時鐘分數倍數的某些整數。在此情況下，該內部處理器時鐘工作頻率可通過重新編程外部總線至核心時鐘分配器的值得到改變。在其他實施例中，處理器101的時鐘頻率也可使用其他機制諸如控制提供時鐘源的外部時鐘發生器來調整。
在實施例中，參考信息存儲器元件140存儲用於一個或多個可調處理器工作參數的一個或更多可接受工作點存儲參考信息。這樣，給定處理器可具有用於一個至多個參考點的內部存儲器。對於給定的工作參數，存儲在參考信息存儲器元件140內的參考信息可以定義單個可接受的工作點或者可以指定用於那個參數的可接受工作點的範圍。如圖1所示，參考信息存儲器元件140包括電壓參考存儲器元件142和時鐘參考存儲器元件143。電壓參考存儲器元件142能夠存儲關於可接受工作電壓的信息，而時鐘參考存儲器元件143能夠存儲關於可接受工作時鐘頻率的信息。電壓參考存儲器元件142和時鐘參考存儲器元件143可以是例如矽熔絲、ROM、EEPROM、快閃記憶體EPROM或者其他具有等效的抗幹擾功能。雖然圖1示出了分開的電壓參考存儲器元件142和時鐘參考存儲器元件143，但是用於多個工作參數的設置值也可以存儲在一起。處理器101可以包括在相同晶片上的參考存儲器元件140或者作為分離器件位於核心處理器晶片外部但仍被認為是這裡使用的處理器101的一部分的參考存儲器元件140。
在實施例中，參考信息存儲元件140存儲該參考信息所以它是抗幹擾的。抗幹擾存儲器是以一種即便存儲的信息可被修改，但是也不能被本領域技術人員在未經授權的情況下輕易修改的存儲信息存儲器。例如該參考信息可以包括固定在處理器硬體、固件、微碼中的設置值等等或者是在製造期間所固定的設置值。在某些實施例中，參考信息存儲元件可以是與處理器相結合的分離器件。在實施例中，這些設置值一旦安裝在用戶系統中如果不付出很大的努力將不會被改變。這些設置值可由處理器製造者基於測試或者其他已知的用於支持可靠處理器運行的質量保證方法來建立。
就處理器101的引導功能，安全引導邏輯150可基於當前工作點與參考信息的比較來確定工作參數(諸如工作電壓或工作時鐘頻率)的當前工作點是否可接受。安全引導邏輯150可以是處理器的安全引導邏輯的一部分。在圖1的實施例中，安全引導邏輯150經由線146耦合至參考信息存儲元件140，該元件可以把存儲在參考信息存儲器元件140內的關於一個或更多可接受工作點(諸如可接受電壓和時鐘頻率)的參考信息提供給安全引導邏輯150。安全引導邏輯150還耦合至如圖1所示的提供來自處理器101輸出的安全引導輸出155，而且它包括比較器152和比較器153。在某些實施例中，比較器152可以比較通過線127由電壓工作點控制器120指示的工作電壓和存儲在電壓存儲器元件142內的關於安全電壓工作點的參考信息來確定當前的工作電壓是否在可接受的範圍內。類似地，比較器153可以比較通過線138由時鐘頻率點控制器130指示的工作時鐘頻率和存儲在時鐘頻率存儲器元件143內的關於安全電壓工作點的參考信息來確定時鐘頻率工作電壓是否在可接受的範圍內。
在某些實施例中，如果安全引導邏輯150確定用於工作參數的當前工作點不可接受，那麼安全引導邏輯150可以發信號給合適的工作參數控制器(諸如通過線129或139)使得控制器重新調整工作參數至可接受的工作點。在某些實施例中，如果安全引導邏輯150用於確定工作參數的當前工作點是可接受的，那麼安全引導邏輯150可以通過安全引導輸出155發送信號指示安全引導工作參數已被確認。在實施例中，這一指示可通過諸如在晶片組內設置寄存器或者通過特定的總線周期而加以間接提供。在某些實施例中，安全引導輸出155可以指示所有的初始化已經完成用來啟動安全引導，這就能夠讓安全引導進行下去。在某些實施例中，安全引導邏輯150可以包括硬體、固件、軟體、微碼、狀態機或者這些組件的結合或者其他等效的組件。
因為在某些實施例中為了完成新近選擇的工作目標，電壓的改變可經過一系列電壓控制輸入步驟而包括增加或減少，所以電壓工作點控制器120可以通過電壓轉換狀態線126提供確信工作電壓處於穩定狀態還是變換狀態的指示。類似地，在必須提供轉換時間以重新計時並且此轉換時間在新的核心時鐘頻率處必須變得穩定的實施例中，時鐘轉換狀態線137可以把來自時鐘工作點控制器130的一個是否核心時鐘頻率轉換處於進行中的指示提供給安全引導邏輯150。在這個轉換周期內，迫使處理器101進入臨時休眠、掛起、停止狀態以避免由不穩定處理器核心時鐘引起的潛在定時故障。在這些實施例中，安全引導邏輯150在確定工作參數是否可接受之前一直等待直到相關工作參數處於穩定狀態。
圖2是結合本發明的一個實施例示出的配置以建立安全處理器工作點存在的處理器的系統簡化框圖。圖2所示的系統200包括在圖1中詳細示出的處理器101的、處理器203-204和晶片組210，所以這些都耦合至總線255。系統200中的處理器和晶片組可全部位於相同的諸如母板的計算機平臺上，或者在同一矽片上。總線255可以是系統總線。處理器101由圖1的安全引導輸出155耦合至總線255。就系統引導，每個處理器101、203和204可以給晶片組210提供指示了已經查明處理器101具有可接受的和安全的工作點的指示。在實施例中，信令可由例如特定總線消息的廣播、處理器間中斷信令、晶片組內狀態位設置和處理器間專用管腳信令等等來完成。例如，處理器101可發送安全引導指示給晶片組210用來指示已經查明處理器101具有可接受工作點。如圖2所示，晶片組210具有可以存儲關於是否每個處理器都具有可接受工作點的指示的寄存器212。
在某些實施例中，處理器中的一個(諸如處理器204)可以是引導的啟動設備或主設備並且可以通知系統中的其他處理器它們都具有確認的安全工作點。例如一旦處理器204確定它具有安全工作點，它就檢查寄存器212來確定系統中的其他處理器是否也具有安全工作點。如果所有處理器都指出它們位於安全工作點上，那麼處理器204可以得出行使安全引導功能是安全的結論並且可以發送這一指示(例如通過經由總線255的廣播通信)給系統200內的其他處理器。在某些實施例中，代替晶片組210的其他設備(諸如處理器204)可以存儲每個處理器都已達到安全工作點的指示。
圖3是按照本發明的一個實施例的建立安全處理器工作點用於安全引導的方法簡化流程圖。圖3所示的方法將參考圖1-2中示出的實施例進行討論，當然該方法也可用於其他裝置。本發明可結合處理器的引導功能加以執行並且可以成為安全引導過程的一部分。例如，本方法可以由引導功能調用或控制並且可以在相關處理器引導功能進行之前，進行期間或其他操作之後產生。本方法可以由硬體、固件、軟體、微碼、狀態機或者這些組件的結合或者其他任何等效組件來執行。
根據圖3中所示的方法，引導功能被初始化(301)。此引導功能可由例如處理器基本輸入輸出系統(BIOS)或者其他元件來控制，如作業系統可以處於動態保障系統的進程中以執行安全應用。就此引導功能，就可確定某個工作參數的第一工作點(302)。第一工作點可基於接收來自處理器外部的信號。例如，處理器工作電壓可如上所述由基於電壓選擇輸入125的電壓工作點控制器120來確定。第一工作點可與參考信息相比較(303)。在某些實施例中，該參考信息可存儲在抗幹擾或者可信任的存儲元件的處理器中。例如，比較器152可以對此電壓工作點和存儲在存儲元件142內的參考電壓進行比較。在某些實施例中，處理器在工作參數與參考信息相比之前等待該工作參數到達穩定狀態。如果第一工作點是可接收的(304)，於是就發送一個信號給其他處理器或設備(例如，經由總線255)指出處理器引導的工作參數是安全的，並可使安全引導繼續。在某些諸如圖1所示的實施例中，如果對處理器可靠運行至關重要的所有可調參數已被確定處於安全工作點，那麼處理器可以只作出安全引導繼續進行是安全的指示。
如果確定第一工作點不可接受(304)，於是可作出關於處理器是否可以調整該工作點的決定(306)。在某些實施例中，儘管晶片組或者其他外部設備能夠調整該工作點(諸如處理器電壓)，但是例如要是該調整隻能由晶片組完成的話，那麼處理器就不能通過安全引導邏輯做出這一調整。如果處理器不能調整該工作點，於是處理器會中止安全處理引導(307)。如果處理器可以調整該工作點，於是會基於存儲的參考信息對第一工作點做出調整(308)。例如，電壓工作點控制器120能夠經由電壓調整輸出128發送一個修改(增加或減少)處理器101的電壓工作點的信號。可如上所述(304)測試該新的工作點以確定其是否可接受。在某些實施例中，在確定新的工作點是否可接收之前，此安全引導邏輯將等待轉移至新的狀態出現(如示，通過時鐘轉移狀態線137)。在某些實施例中，可認為系統中每個可調工作參數(例如電壓和時鐘頻率)都使用了上述方法。
在某些實施例中，將被引導的處理器是在物理的或邏輯的處理器系統內的一個處理器(這些處理器可在也可不在相同的晶片上)，並且這些處理器中的一個可作為用於安全引導的主處理器或者啟動設備。在這些實施例中，系統中的每個邏輯處理器都可以執行上述的方法。在實施例中，每個邏輯處理器可以發送一個關於每個處理器的工作點是否已被確認為可接受的指示給諸如晶片組210。如果主處理器確定其他處理器具有可接受的工作點，那麼此主處理器可以提供一個指示給其他處理器即，系統中所有處理器都具有可接受工作點並且允許繼續進行安全引導。
根據上述實施例，就引導功能，參與安全引導功能的處理器對於已知可接受工作參數的強制操作關閉了會導致不可靠處理器操作的安全漏洞。可以認識到上述實施例的修改和變換都由提供的教導材料所覆蓋並且處在所附權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種系統，它包括抗幹擾存儲元件，它用於存儲關於處理器可調工作參數的一個或者更多工作點的信息；用以確定工作參數的當前處理器工作點是什麼的元件；以及比較當前工作點和存儲信息的元件。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述抗幹擾存儲元件位於該處理器內。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述抗幹擾存儲元件是矽熔絲。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述可調工作參數是處理器的工作電壓。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述可調工作參數是處理器的時鐘頻率。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述可調工作參數是處理器的工作電壓，其中該處理器還包括用以確定處理器的時鐘頻率的當前工作點是什麼的元件；以及對當前時鐘頻率工作點和存儲信息進行比較的元件。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，該系統還包括當已確定當前工作點不可接受時用以調整工作參數的工作點的工作參數控制器。
8.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，該系統還包括當已確定處理器工作參數的當前工作點被確定為不可接受並且處理器不能調整該可調工作參數時中止引導的元件。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，該系統還包括廣播特定的總線周期的邏輯，用來指示可調工作參數的當前工作點是可接受。
10.一種處理器，它包括結合處理器的安全引導用以確定處理器可調工作參數的工作點是什麼的元件；用以調整處理器的工作參數的工作點的控制器；以及結合安全引導對工作參數的當前工作點和存儲在抗幹擾存儲器內的信息進行比較的比較器。
11.如權利要求10所述的處理器，其特徵在於，如果比較器確定當前工作點是不可接受的，那麼該控制器調整該處理器工作參數至可接受的當前工作點。
12.如權利要求11所述的處理器，其特徵在於，處理器還包括僅當工作參數的當前工作點是可接受時用以確定允許處理器繼續進行安全引導的引導邏輯。
13.如權利要求11所述的處理器，其特徵在於，如果處理器在可接受工作點上運行，那麼該引導邏輯指出安全工作點已確認。
14.如權利要求11所述的處理器，其特徵在於，該可調工作參數是處理器的工作電壓。
15.如權利要求11所述的處理器，其特徵在於，該可調工作參數是處理器的時鐘頻率。
16.一種系統，它包括多個處理器，其中僅當影響可靠處理器操作的任一處理器可調工作參數處於可按受工作點處時，每個處理器指示該處理器已被安全地引導；以及主處理器，僅當多個處理器的每一個都指示具有可接受工作點時，該主處理器向所述多個處理器指示允許系統繼續進行安全引導。
17.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，該系統還包括晶片組，它用以存儲指示多個處理器的每一個是否都具有可接受工作點的數據，其中主處理器基於存儲在該晶片組內的數據確定所述多個存儲器是否具有可接受工作點。
18.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，如果所述處理器的工作點不可接受並且如果所述處理器不能調整該工作參數至可接受工作點，那麼多個處理器之一會指出此處理器未被安全引導。
19.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，多個處理器中的一個的可調工作參數是處理器工作電壓。
20.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，多個處理器中的一個的可調工作參數是處理器時鐘頻率。
21.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，多個處理器中的一個具有多個可調工作參數，其中多個可調工作參數中的一個是處理器工作電壓，其中多個多個工作參數的另一個是處理器時鐘頻率，其中僅當該處理器的多個可調工作參數中的每一個都在可接受水平時，該設備會指示系統已被安全地引導。
22.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，信息存儲在一個處理器內的矽熔絲內。
23.一種方法，它包括結合處理器安全引導確定處理器工作參數的第一工作點是什麼；以及通過比較第一工作點和存儲在抗幹擾存儲元件的處理器內的信息來確定此工作參數的第一工作點是否可接受；以及僅當確定第一工作點可接受時，使處理器能繼續進行安全引導。
24.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，如果確定此工作參數的第一工作點不可接受，則本方法還包括基於存儲在抗幹擾存儲元件內的信息將該工作參數調整至第二工作點。
25.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，把該工作參數調整至第二工作點之後，本方法還包括通過比較第二工作點和存儲在抗幹擾存儲元件內的信息確定第二工作點是否可接受；以及僅當確定第二工作點可接受時，確定允許處理器繼續進行安全引導。
26.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，該方法還包括如果確定處理器工作參數的工作點可接受，則從該處理器發送指示至其他設備。
27.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，該處理器是系統內多個處理器中的第一處理器，其中如果該第一處理器的工作點被確定為是可接受的，則該方法還包括確定其他處理器具有可接受工作點；以及從第一處理器發送系統中所有處理器已安全引導的指示。
28.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，還包括如果第一工作點被確定為不可接受並且如果該處理器無法調整工作點，則中止處理器引導。
29.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，第一工作點基於從處理器外部接收的信息。
30.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，該工作參數是處理器的工作電壓。
31.如權利要求23所述的方法，其特徵在於，該工作參數是處理器的時鐘頻率。
全文摘要
提供一種用於建立安全處理器工作點的系統和方法。某些實施例可包括存儲關於可調處理器工作參數的一個或更多工作點信息的抗幹擾存儲元件。某些實施例還包括確定工作參數的工作點是什麼的元件，還有比較工作參數的當前工作點和存儲信息的元件。
文檔編號G06F15/78GK1755576SQ20051010855
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月30日 優先權日2004年9月30日
發明者S·菲希爾, V·喬治, S·賈哈吉爾達, S·H·岡瑟 申請人:英特爾公司