安全启动和安全固件更新(SBSFU)11：保护链：开发 / 量产 / SECURE_LOCK 三种模式

保护链：开发 / 量产 / SECURE_LOCK 三种模式

SBSFU 深耕系列 · 11

· 原理 + 源码双线 · 以 STM32G4 为主线

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第 10 篇我们把 mapping_sbsfu.icf 的每个段都讲透了------所有 PCROP / WRP / Secure User Memory 的地址都已确定。

但「地址确定 」≠「保护已启用」。SBSFU 工程实际上有 3 种「保护强度」：

开发模式（DEV_MODE）：保护几乎全关，方便调试
量产模式（PRODUCTION）：保护全开，但 RDP 留在 L1（仍可调试）
SECURE_LOCK 模式 ：RDP 升 L2，调试口永久关闭------这一步是不可逆的

本篇要把这 3 种模式的完整状态机画出来，并讲清楚从一个模式过渡到下一个的具体步骤。

本篇核心问题：

3 种模式分别启用 / 禁用了哪些保护？工程师在每个模式下能做什么？

SECBOOT_OB_DEV_MODE 这个宏到底改了哪些代码行为？

SBSFU 启动时的「保护检查」在不同模式下的反应是什么？

产线烧录的「最后一刀」（升 RDP-L2）什么时候打？怎么打？

如果中间某个保护配错了，怎么诊断 + 恢复？

读完后你应该能为你的产品设计完整的「开发 → 验证 → 量产」流水线。

1. 3 种模式速览表

模式	RDP	PCROP	WRP	Secure User Mem	BOOT_LOCK	调试器能干啥
DEV_MODE	L1 或 L0	关闭 / 可读	关闭 / 可写	关闭 / 可见	可关	全功能：读 Flash / 改代码 / 单步调试 PCROP 区
PRODUCTION	L1（仍可调试）	启用	启用	启用（G4）	启用	受限：连接 OK，但读不到 PCROP，不能改 SBSFU 段
SECURE_LOCK	L2（不可逆）	启用	启用	启用	启用	完全无法连接------SWD 永久断开

⚠️ 关键不可逆点：L1 → L2 是单向的，全世界没有任何方式能把它降回 L1（除了破坏芯片）。

SBSFU 的产线流程必须：

DEV_MODE 开发功能

PRODUCTION 验证所有功能

SECURE_LOCK 量产烧录最后一步打

一旦上 SECURE_LOCK，这块板子就不能再返厂调试。所以这步要等 100% 验证 OK。

2. DEV_MODE：开发期间的「无保护」状态

2.1 代码层面：`SECBOOT_OB_DEV_MODE` 宏

打开 Projects/.../Inc/app_sfu.h，能看到这一行：

c 复制代码

/* 开发模式开关 */
#define SECBOOT_OB_DEV_MODE          /* 注释掉就是量产模式 */

打开这个宏后，SBSFU 内部很多代码行为会变化。最关键的一段在 sfu_low_level_security.c：

c 复制代码

SFU_ErrorStatus SFU_LL_SECU_CheckApplyStaticProtections(void)
{
    /* 读当前选项字节 */
    HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&obConfig);

    if (obConfig.RDPLevel != OB_RDP_LEVEL_2) {

        #ifdef SECBOOT_OB_DEV_MODE
            /* 开发模式：自动把 RDP 升到 L1（如果当前是 L0） */
            if (obConfig.RDPLevel == OB_RDP_LEVEL_0) {
                obConfig.OptionType = OPTIONBYTE_RDP;
                obConfig.RDPLevel   = OB_RDP_LEVEL_1;
                HAL_FLASH_OB_Unlock();
                HAL_FLASHEx_OBProgram(&obConfig);
                HAL_FLASH_OB_Launch();   /* 触发 reset，再次进入此函数时 RDP=L1 已生效 */
            }
            /* 注意：DEV_MODE 下不会自动升 L2 */
        #else
            /* 量产模式：RDP < L2 直接拒绝启动 */
            return SFU_ERROR_RDP_NOT_OK;
        #endif
    }

    /* 类似地处理 WRP / PCROP / SEC_SIZE 等其他选项字节 */
    ...

    return SFU_SUCCESS;
}

💡 DEV_MODE 的「自动修复」逻辑 ：开发模式下，SBSFU 启动时如果发现 OB 配置不对，会自动改成正确的值 + 触发 OBL_Launch reset。第二次启动时 OB 已经正确，SBSFU 继续走流程。

这种「自我修复」设计让开发者第一次烧入 SBSFU 后只需要复位一下，剩下的让 SBSFU 自己配。

2.2 DEV_MODE 启用 / 禁用的保护对照表

保护	DEV_MODE 行为
RDP	自动升到 L1（不升到 L2）
WRP	配置但不严格------可以 OB 改
PCROP	不启用（让调试器能读 SE Code 段）
Secure User Memory	不启用（G4 上 SEC_SIZE = 0）
BOOT_LOCK	通常关闭（允许从 SRAM 启动调试）
MPU	启用，但 region 配置较松
IWDG	不启用（避免调试时 reset）
DAP 关闭	不调用
Tamper	不启用

2.3 DEV_MODE 适合干什么

第一次跑通 SBSFU 框架：让 3 工程编译 + 烧录 + 启动跑起来
调试 SE 内部逻辑：因为 PCROP 关闭，调试器能反汇编 SE 代码、设断点
调试 Swap 算法：可以在 Swap 中途断点、检查 Flash 内容
改 UserApp：业务代码调试和普通工程一样

2.4 DEV_MODE 不能做什么

不能验证「真实安全性」：因为保护都关着，攻击者也能轻易读 Flash
不能上量产：保护没启用就发货等于裸奔
不能验证 RDP-L2 之后的行为：那是 SECURE_LOCK 模式才有

图 1·开发模式下保护处于「禁用」状态（图源：ST《SBSFU 培训-2 · 安全模式》）

3. PRODUCTION 模式：保护全开但 RDP 留 L1

3.1 怎么进入 PRODUCTION 模式

第一步：在源码里注释掉 SECBOOT_OB_DEV_MODE 宏：

c 复制代码

/* app_sfu.h */
// #define SECBOOT_OB_DEV_MODE         /* 注释掉 */

第二步：手动用 STM32CubeProgrammer 配置所有选项字节：

bash 复制代码

# 一次性把所有保护打开（除了 RDP，留 L1）
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -ob \
    RDP=0xBB           \  # RDP = L1（还能调试）
    BOOT_LOCK=1        \
    nSWBOOT0=0         \
    nBOOT0=1           \
    SEC_SIZE1=0x10     \  # Secure User Mem 64KB
    WRP1A_STRT=0       \
    WRP1A_END=15       \
    PCROP1_STRT=0x10   \  # PCROP 起始 = 64B 块号 16，对应 0x08000400
    PCROP1_END=0x17    \  # PCROP 终点
    PCROP_RDP=1        \  # L1→L0 降级时连 PCROP 一起擦
    DBANK=0               # G4 单 bank 模式

第三步：重新烧 SBSFU + UserApp------因为去掉 DEV_MODE 宏后代码变化了。

3.2 PRODUCTION 模式下能做什么

操作	是否可行
用 ST-Link 重新烧 Flash	✓ 可以（L1 允许写 Flash）
用 ST-Link dump SE Code	✗ 不行（PCROP 拦）
用 ST-Link 读 Slot0 用户数据	✗ 不行（RDP-L1 + Secure User Mem 拦）
单步调试 SBSFU 代码	△ 部分行（IWDG 启用会 reset）
跑 OTA 测试	✓ 完整可行
跑 Anti-rollback 测试	✓ 可行
跑 Tamper / 入侵测试	✓ 可行

💡 PRODUCTION 模式的设计意图 ：「保护全开 + 调试口尚可使用 」------这是「研发后期 + 客户试用 + 一致性测试」的最佳状态。

出了任何问题还能用 ST-Link 调试 / 重烧，但保护已经在工作。绝大多数 bug 在这个阶段能暴露出来。

3.3 SBSFU 启动期的「保护检查」会怎样反应

PRODUCTION 模式下 SBSFU 启动检查 OB：

c 复制代码

#ifndef SECBOOT_OB_DEV_MODE
    if (obConfig.RDPLevel != OB_RDP_LEVEL_2) {
        return SFU_ERROR_RDP_NOT_OK;   /* 直接拒绝 */
    }
    if (obConfig.WRP1AStartOffset != 0 || obConfig.WRP1AEndOffset != 0x0F) {
        return SFU_ERROR_WRP_NOT_OK;
    }
    if ((obConfig.USERConfig & FLASH_OPTR_BOOT_LOCK) == 0) {
        return SFU_ERROR_BOOT_LOCK_NOT_OK;
    }
    /* ... 等等 */
#endif

注意：上面这段代码默认要求 RDP = L2，但如果你想让 PRODUCTION 模式接受 RDP-L1，需要：

临时改这段检查，允许 RDP = L1 或 L2（自定义中间模式）
或者保留要求 RDP = L2，那就直接进 SECURE_LOCK 模式

ST 提供的标准 SBSFU 工程默认是「DEV_MODE 或 SECURE_LOCK 」二选一，PRODUCTION 是个中间状态，需要工程师自己定义。

4. SECURE_LOCK 模式：上 RDP-L2 之后

4.1 怎么进入 SECURE_LOCK

bash 复制代码

# 假设当前是 PRODUCTION 模式（RDP=L1，其他保护已配）
# 量产线最后一刀：
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -ob RDP=0xCC

这一条命令瞬间发生：

RDP 寄存器写 0xCC
SWD/JTAG 调试口永久关闭
选项字节永久锁死------之后任何修改 OB 的尝试都会失败
复位后 CPU 从 0x08000000 起跑（BOOT_LOCK 强制）

4.2 SECURE_LOCK 模式能做什么

操作	是否可行
ST-Link 连接	✗ 完全不行
重新烧 Flash	✗ 不行（必须先降级，但 L2 不可降级）
OTA 升级 UserApp	✓ 可以（这是 SBSFU 唯一允许的 Flash 写入路径）
Anti-rollback / Tamper / IWDG	✓ 全部工作
出厂自检	✓（如果 UserApp 提供）
返厂维修	✗ 只能换板子

SECURE_LOCK 是真正的「产品状态」------你卖出去的板子应该都在这个状态。

4.3 SECURE_LOCK 模式下「升级」是怎么完成的

虽然调试口关闭，但 OTA 还能工作，因为：

SBSFU 自己跑在芯片里，有完整 Flash 写权限（属于内部代码，不通过 SWD）
OTA 接收 .sfb → 写 Slot1 → Swap → 验证 → 跳 UserApp，全程内部完成
不需要外部调试器介入

text 复制代码

SECURE_LOCK 模式下的更新通道：

  UserApp 业务代码
       │
       │ 通过 UART/USB/WiFi/BLE 接收 .sfb
       ▼
  UserApp 调 SE_AppliRequestUpdate()
       │
       │ 把 .sfb 写到 Slot1 (UserApp 自己直接写 Flash)
       ▼
  UserApp 触发 NVIC_SystemReset()
       │
       ▼
  SBSFU 重启
       │ 发现 Slot1 PENDING_INSTALL
       │ → Swap → 验签 → 跳新版 UserApp
       ▼
  新版本运行

图 2·SECURE_LOCK 模式状态机（图源：ST《SBSFU 培训-2 · 状态切换》）

5. 3 个模式的完整状态机

text 复制代码

                  芯片出厂态 (RDP=L0, 无保护)
                          │
                          │ 第一次烧 SBSFU + UserApp
                          ▼
                  ┌─────────────────┐
                  │  DEV_MODE        │ ◀── 开发期反复迭代
                  │  RDP=L1, PCROP=关│
                  │  Secure Mem=关   │
                  └────────┬────────┘
                           │
                           │ 1. 注释 SECBOOT_OB_DEV_MODE 宏
                           │ 2. 重新编译 + 烧录
                           │ 3. STM32CubeProgrammer 配 OB（保护全开）
                           │ 4. 但 RDP 留 L1
                           ▼
                  ┌─────────────────┐
                  │  PRODUCTION      │ ◀── 研发末期 + 量产验证
                  │  RDP=L1, 全保护开 │
                  │  调试口仍可用     │
                  └────────┬────────┘
                           │
                           │ 升 RDP 到 L2
                           │ STM32_Programmer_CLI -ob RDP=0xCC
                           ▼
                  ┌─────────────────┐
                  │  SECURE_LOCK     │ ◀── 量产 / 客户使用
                  │  RDP=L2          │
                  │  ⚠️ 不可逆       │
                  └─────────────────┘
                           │
                           │ 想回去？
                           ▼
                  ✗ 无路 --- 芯片报废或破坏性恢复

反向降级的代价：

L2 → L1：不可能
L1 → L0：全片擦除（包括 PCROP 区，PCROP_RDP=1 时）
L0 → 出厂：擦完就行

所以 PRODUCTION → SECURE_LOCK 这一步是「最后一刀」，要在所有功能都验证 OK 后才打。

6. 量产烧录流水线（实务建议）

完整的产线烧录流程：

text 复制代码

工厂烧录工位 (假设有 1000 块板子):

  ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Stage 1: 全片擦 + 烧 SBSFU_UserApp.bin                       │
  │    STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -e all                  │
  │    STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -w SBSFU_UserApp.bin    │
  │    时间：~5 秒/板                                             │
  └────────────────────────────────────────────────────────────┘
                          │
                          ▼
  ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Stage 2: 配置 Option Bytes（保护全开 + RDP=L1）              │
  │    STM32_Programmer_CLI -ob RDP=0xBB BOOT_LOCK=1 ...        │
  │    时间：~2 秒/板                                             │
  └────────────────────────────────────────────────────────────┘
                          │
                          ▼
  ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Stage 3: 上电自检（开 board + 按测试按钮 + 等 LED 绿）         │
  │    - 检查 SBSFU 启动到 UserApp                                │
  │    - 检查关键外设功能                                          │
  │    - 检查产品功能（业务自测）                                   │
  │    时间：~30 秒~5 分钟/板                                      │
  │    任何失败 → 标记为「待返修」，不进 Stage 4                     │
  └────────────────────────────────────────────────────────────┘
                          │
                          ▼
  ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Stage 4: 「最后一刀」 --- 升 RDP 到 L2                          │
  │    STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -ob RDP=0xCC            │
  │    时间：~1 秒/板                                              │
  │    这一步执行完，板子立刻进 SECURE_LOCK 模式                     │
  └────────────────────────────────────────────────────────────┘
                          │
                          ▼
                       发货!

💡 几个产线实务建议：

▸ Stage 3 必须严格------一旦 Stage 4 完成，板子就不能调试了。所以 Stage 3 的自检要尽量覆盖

▸ Stage 4 应该有「审核机制」------比如要求两个工位人员复核测试结果再触发 RDP=L2

▸ 保留 Stage 2 状态的板子------这是「待客户验证」时的最佳折中：保护已开但还能返厂调试

▸ 产品手册要明确 ：客户拿到的板子在 SECURE_LOCK 状态，所有调试 / 维修都需要厂家

7. 模式切换时的「中途异常」处理

7.1 「我烧完 SBSFU 后没法跑 OTA」

最常见原因：Option Bytes 没配对。例如：

WRP 配错了，SBSFU 没法擦写 Slot1
Secure User Memory 起点不对，SBSFU 启动失败
BOOT_LOCK 没启用，复位从其他地方启动

诊断方法：

bash 复制代码

# Dump 当前 OB
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -ob displ

# 输出示例：
# RDP            : 0xBB
# WRP1A_STRT     : 0x00
# WRP1A_END      : 0x0F
# PCROP1_STRT    : 0x10
# PCROP1_END     : 0x17
# SEC_SIZE       : 0x10
# BOOT_LOCK      : 1
# ...

把上面输出和预期值对比。

7.2 「我已经升 RDP-L2 了，发现 SBSFU 有 bug，能修吗？」

坏消息：板子完全无法调试，也无法重烧 SBSFU。

好消息 ：只要 SBSFU 还能跑（哪怕功能不全），通过 OTA 仍然可以升级 UserApp------UserApp 业务代码可以解决很多问题。

真坏消息：如果 bug 在 SBSFU 自己里（无法启动到 UserApp）：板子变砖，只能换。

教训：SBSFU 是「信任根」，任何 bug 都是产品级灾难。一定要在 DEV / PRODUCTION 模式下充分测试。

7.3 「DEV_MODE 烧上后跳不到 UserApp 怎么办」

可能原因：

UserApp 的链接地址不对（不是 0x08010200）
UserApp 的 Reset_Handler 改写时钟，导致 SBSFU 配的 PLL 失效
UserApp 没有自己的 SCB->VTOR 设置

诊断方法：

在 SBSFU 的 SFU_BOOT_LaunchUserApp() 前加 printf，看跳转地址
在 UserApp 的 Reset_Handler 第一条加 GPIO 拉高，看是否进来
用 ST-Link 在跳转后立刻 halt，看 PC 在哪

8. 安全测试 checklist：发货前必须验证

进入 SECURE_LOCK 之前，至少要验证完这些场景：

text 复制代码

[ ] 正常启动 → UserApp 运行 → reset → 再次启动 OK
[ ] 故意改 Slot0 一个字节 → SBSFU 拒绝跳 UserApp
[ ] 故意改 Slot1 上的 .sfb header → SBSFU 拒绝装新 FW
[ ] OTA 升级新 FW → 装上 → 运行新版
[ ] OTA 升级中途断电 → 重新上电 → 恢复正确状态（旧版或新版）
[ ] OTA 升级新 FW → 新版自检失败 → SBSFU 回滚到旧版
[ ] 用比当前版本号低的 .sfb → SBSFU 拒绝装（anti-rollback）
[ ] 用错误的私钥签的 .sfb → SBSFU 验签失败 → 拒绝
[ ] 拔 ST-Link → 板子继续正常运行（无 ST-Link 启动 OK）
[ ] Tamper 检测：物理拆机 / 短接 Tamper 引脚 → 备份域擦除
[ ] IWDG 检测：让 SBSFU 卡 1 秒 → 自动 reset
[ ] PCROP 检测：在 UserApp 里读 SE Code 段地址 → HardFault
[ ] MPU 检测：UserApp 写 SBSFU RAM → HardFault

每一项都通过，再敲下 RDP=0xCC 的命令。

9. 「灰度切换」策略：分批升 RDP-L2

对于大批量出货，建议「分批 SECURE_LOCK」策略：

text 复制代码

- 第一批 100 块板子 → PRODUCTION 模式（RDP=L1）→ 送客户「试用版」
- 收集 1-2 周客户反馈、有问题用 ST-Link 调试 / 重烧
- 改完所有 bug，再做第二批
- 第二批 1000 块 → PRODUCTION → 送客户「正式版」
- 客户反馈 OK 1 个月
- 第三批开始 → 直接 SECURE_LOCK 出货

虽然第一批没上 SECURE_LOCK，但物理隔离 + 测试合同 + 用户协议能控制风险。

10. 第 11 篇 Checklist

读完本篇你应该能不查资料回答：

☐ DEV_MODE / PRODUCTION / SECURE_LOCK 3 个模式分别启用 / 禁用了哪些保护？（§1）
☐ SECBOOT_OB_DEV_MODE 宏控制什么代码行为？（§2.1）
☐ DEV_MODE 适合干什么、不能干什么？（§2.3 / §2.4）
☐ 从 DEV_MODE 切到 PRODUCTION 需要做哪 3 件事？（§3.1）
☐ 为什么 PRODUCTION 是个「中间状态」？SBSFU 标准工程默认不接受怎么办？（§3.3）
☐ SECURE_LOCK 下还能干什么？还能 OTA 升级吗？（§4）
☐ 量产烧录的 4 个 Stage 分别是什么？为什么 Stage 4 要独立？（§6）
☐ 已经 SECURE_LOCK 的板子发现 bug 怎么办？（§7.2）

下一篇预告

《12 · 调试 / 移植 / 生产实务》------这是系列最后一篇，集中讲 3 件最「工程」的事：① 调试技巧：怎么不复位调试 SBSFU 内部？怎么用 trace 看 SE 调用过程？② 移植：跨芯片移植的具体 step-by-step（G4 → F4 / L4 / H7）。③ 生产：签名服务器怎么搭？产线烧录工具怎么做？密钥怎么管理？读完那篇你应该能从「纸面理解 」走到「实际落地」。

本文示意图源 © STMicroelectronics，引用自 ST 官方培训资料 LAT1087/LAT1088 系列。文字部分为原创，欢迎转载并保留出处。

安全启动和安全固件更新(SBSFU)11：保护链：开发 / 量产 / SECURE_LOCK 三种模式

保护链：开发 / 量产 / SECURE_LOCK 三种模式

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1. 3 种模式速览表

2. DEV_MODE：开发期间的「无保护」状态

2.1 代码层面：SECBOOT_OB_DEV_MODE 宏

2.2 DEV_MODE 启用 / 禁用的保护对照表

2.3 DEV_MODE 适合干什么

2.4 DEV_MODE 不能做什么

3. PRODUCTION 模式：保护全开但 RDP 留 L1

3.1 怎么进入 PRODUCTION 模式

3.2 PRODUCTION 模式下能做什么

3.3 SBSFU 启动期的「保护检查」会怎样反应

4. SECURE_LOCK 模式：上 RDP-L2 之后

4.1 怎么进入 SECURE_LOCK

4.2 SECURE_LOCK 模式能做什么

4.3 SECURE_LOCK 模式下「升级」是怎么完成的

5. 3 个模式的完整状态机

6. 量产烧录流水线（实务建议）

7. 模式切换时的「中途异常」处理

7.1 「我烧完 SBSFU 后没法跑 OTA」

7.2 「我已经升 RDP-L2 了，发现 SBSFU 有 bug，能修吗？」

7.3 「DEV_MODE 烧上后跳不到 UserApp 怎么办」

8. 安全测试 checklist：发货前必须验证

9. 「灰度切换」策略：分批升 RDP-L2

10. 第 11 篇 Checklist

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2.1 代码层面：`SECBOOT_OB_DEV_MODE` 宏