說明：

本文講述的是armv8-aarch64、armv9架構在設計模式上，本文帶有一些個人的見解，如有不同的見解，可以評論區或微信群參與討論。

思考：

• 一個大的系統里，有多少個Timer?這些Timer的作用分別是什么?這些Timer有什么區別?它們的精確度有什么不同嗎?
• Linux Kernel的Tick使用的是哪個Timer?watchdog是用的哪個Timer?
• 一個ARM Core里有又多少個Timer?不同軟件系統中的Timer的使用方式有何不同嗎?
• 應用程序中的 setitimer()這樣的函數是否會調用到底層程序?
• 應用程序要讀取當前系統時間戳的時候，是否需要調用到kernel space? 在glibc中是否就可以實現了?
• 什么是arch timer?什么是SOC Timer、apb timer、memory-mapped timer?
• 對于arch timer，又分為物理timer和虛擬timer?那么什么時候使用物理timer，什么時候使用虛擬timer?為什么?
• EL1和S-EL1中使用的arch timer是如何隔離的?(這里所說的隔離是指寄存器如何隔離的，中斷如何隔離的) 9、EL3 Physical Timer對應的寄存器為什么是xxxEL1, 不應該是xxxEL3嗎?

1、系統里面有多少個Timer？

如上圖所示，在一個SOC中一定/可能存在：

• core timer（也叫arch timer），每個core中都有這個Timer
• SOC Timer（也叫apb timer、memory-mapped Timer），可能會有多個，可以存在以下這樣的:

(1) 一個專門給Non-secure 使用的timer

(2) 一個專門給Secure 使用的timer

(3) 一個專門用于特定用途的timer(4) 、綁定core的Timer，例如8個timer，固定某個timer給某個core使用

2、每一個core里面又有多少個Timer

2.1、四個物理Timer

• EL1 Physical Timer 不區分secure和non-secure，但在ATF的switch cpucontext的時候，會保存和恢復相關寄存器，所以從軟件視角來看是有兩套寄存器，也就是有 non-secure EL1PhysicalTimer? 和 secure EL1PhysicalTimer?，這也是最最理想的設計方案。然而非常非常非常非常的遺憾的是，寄存器通過軟件switch cpucontext可以變成2套，但中斷呢？中斷是無法同時給non-secure和secure同時使用的，也無法做到中斷在Security State之間的隔離。既然這樣，說明這樣的硬件是一個"非常嚴重"的問題，那么我們看下軟件是怎么使用的呢？

（1）Linux Kernel正常使用，在讀取counter值、counter頻率的同時，也會設置CTL、CVAL、TVAL等相關寄存器，也會觸發和處理30中斷(EL1 Physical Timer的默認中斷號是30)；（2）optee中，僅僅是讀取counter值、counter頻率的同時，就可以計算時間戳了。optee不會讀取CTL、CVAL、TVAL等相關寄存器，當然也不會觸發和處理30中斷了。

以上便是軟件基于“硬件缺陷”而進行的設計，自然也不會出現什么問題。然后你說ARM Timer有缺陷就有缺陷了？你真的懂它們的設計嗎？事實上ARM的設計中，也考慮了上面描述的問題。你仔細看看它的 ?EL3PhysicalTimer?，他的寄存器的名字竟然是 xxx_EL1?（而不是 xxx_EL3?）,也就是說它本身就是想給secure security用的(EL3也屬于secure security)。另外我也參考了具體的arm core trm手冊，發現 EL3PhysicalTimer?所對應的中斷號(29號中斷)的signal configuration描述為"Secure EL1 Pyhsical Timer"。我們再查一下BL32（Secure EL1）的參考程序 trusted-firmware-a/bl32/tsp/tsp_timer.c?, 它操作的也正是 EL3PhysicalTimer。 

總結: 

（1） ?EL1PhysicalTimer? 不區分secure和non-secure，在secure和non-secure之間也無法做到隔離。一般情況下它是給NS-EL1使用的。當然S-EL1如果是僅僅讀取counter和頻率獲取當前時間戳，也是可以用的，但這不應該是建議的。因為這樣造車non-secure也可以竊取到secure側的時間戳。

（2） ?EL3PhysicalTimer? 的本意就是想給secure用的，包括EL3和S-EL1

• EL2 Physical Timer 給non-secure EL2使用的
• S-EL2 Physical Timer 給secure EL2使用的
• EL3 Physical Timer 給Secure使用的，包括EL3和S-EL1

2.2、三個虛擬Timer

EL1VirtualTimer?主要是給EL1 OS(guest os)使用的，那么對于一個操作系統，它到底是使用 EL1PhysicalTimer?還是使用 EL1VirtualTimer? ? 由宏控決定，在編譯的時候就決定了。例如你這個OS沒有跑在VM中，那么就使用 EL1PhysicalTimer?，如果你這個OS是要跑在VM中的，那么就使用 EL1VirtualTimer

EL2PhysicalTimer?是很好理解的，就是給EL2管理程序使用的嘛，但是 EL2VirtualTimer?是給誰用的呢? 這里就需要一點虛擬化的概念了， EL2VirtualTimer是給Host App使用的。

作者簡介：

Baron (csdn:代碼改變世界ctw)，九年手機安全/SOC底層安全開發經驗。擅長trustzone/tee安全產品的設計和開發。