4. 运行时服务核心概念

在 TF-A（Trusted Firmware-A）的运行时服务体系中，安全监控调用（SMC，Secure Monitor Call）是普通世界与安全世界之间唯一的标准化入口。无论是 Linux 内核发起 PSCI CPU 热插拔，还是 OP-TEE 请求随机数服务，最终都会转化为一条 SMC 指令，由 EL3 的异常向量捕获并分发。理解 SMC 处理、服务注册、服务 ID 分配以及同步/异步调用机制，是掌握 TF-A 运行时服务框架的关键。

一、SMC 处理：从异常入口到服务分发

SMC 指令由非安全世界（或安全世界）执行后触发同步异常，处理器跳转到 EL3 的异常向量表。TF-A 在 runtime_exceptions.S 中为 AArch64 的 SMC 异常设置了入口，保存现场后进入 C 语言处理函数 handle_smc()。整个处理链路可以概括为：异常向量 → 上下文保存 → SMC 参数解析 → 服务查找 → 服务处理 → 返回值写回 → 上下文恢复 → ERET 返回。

SMC 调用约定遵循 ARM SMC Calling Convention（SMCCC）。调用者通过 x0 传递 Function ID，x1~x6 传递参数，返回值放在 x0~x3。Function ID 的高 32 位编码了调用类型、服务拥有者、是否快速调用等关键信息，低 16 位则是具体功能号。TF-A 正是依据 Function ID 的位域结构完成服务路由。

二、服务注册：rt_svc_descs 与链接器段

TF-A 并不在运行时动态创建服务，而是通过链接器段 .rt_svc_descs 在编译期收集所有服务描述符。每个服务实现一个 rt_svc_desc_t 结构体，并通过 DECLARE_RT_SVC() 宏将其放入该段。启动阶段 runtime_svc_init() 遍历该段，按 start_oen 排序，并调用每个服务的 init() 回调完成初始化。

/* 服务描述符定义示例 */
typedef struct rt_svc_desc {
    uint8_t start_oen;      /* 服务 ID 起始值 */
    uint8_t end_oen;        /* 服务 ID 结束值 */
    uint8_t call_type;      /* FAST / YIELD */
    const char *name;
    rt_svc_init_fn_t init;
    rt_svc_handle_fn_t handle;
} rt_svc_desc_t;

/* 注册 PSCI 服务 */
DECLARE_RT_SVC(
    psci_svc,
    OEN_STD_START,          /* 0x84 */
    OEN_STD_END,            /* 0x84 */
    SMC_TYPE_FAST,
    psci_setup,
    psci_smc_handler
);

注册表按 start_oen 升序排列后，查找服务时可以使用二分查找，将 O(n) 降为 O(log n)。这是 TF-A 在 SMC 高频调用场景下的重要优化。

三、服务 ID 分配：OEN 与 Function ID 位域

SMCCC 将 32 位 Function ID 划分为多个位域，其中 OEN（Owning Entity Number）标识服务拥有者，是服务路由的核心依据。TF-A 预定义了若干标准 OEN 区间，厂商和第三方也可申请自有区间。下表列出常见 OEN 及其用途：

四、同步与异步调用：FAST 与 YIELD 的取舍

TF-A 支持两种 SMC 调用类型，其行为差异直接影响系统实时性与吞吐量：

• FAST 调用：处理函数必须立即返回，不允许阻塞或睡眠。适用于读取寄存器、查询状态等短操作。典型如 PSCI 的 PSCI_VERSION。
• YIELD 调用：处理函数可以阻塞，允许在等待期间让出 CPU。适用于需要与安全世界长时间交互的操作，如 OP-TEE 的可信应用执行。

在 handle_smc() 中，框架会检查 Function ID 的 bit30 与注册服务的 call_type 是否匹配。若调用者以 FAST 方式请求一个 YIELD 服务，框架将返回 SMC_UNKNOWN 错误，避免非法阻塞导致系统挂死。

五、案例复盘：一次 SMC 返回异常的排查

某项目在移植自定义 SiP 服务后，Linux 侧调用 sip_smc_handler 始终返回 0xFFFFFFFF。排查过程如下：

1. 确认 Function ID 为 0x82000001，OEN=0x82，属于 SiP 区间。
2. 检查 DECLARE_RT_SVC 宏，发现 start_oen 与 end_oen 均写为 OEN_SIP_START，但 call_type 误写为 SMC_TYPE_YIELD。
3. Linux 侧以 FAST 方式发起调用，框架校验类型不匹配，直接返回错误。
4. 将 call_type 改为 SMC_TYPE_FAST 后问题解决。

该案例说明：服务 ID 分配、注册声明与调用方式三者必须严格一致。任何一处不匹配，SMC 都会在框架层被拦截，而不会进入服务处理函数，给调试带来迷惑性。