Linux如何移植到Apple Silicon M1 Mac mini
2022-10-24 00:20:34 
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Linux如何移植到Apple Silicon M1 Mac mini 1.Apple当苹果在2020年11月发布带有M1处理器的台式机产品时,许多技术界人士对这些系统的出色性能感到惊讶.但是那些一直关注苹果电话芯片组发展的人们都知道,苹果公司遵循的进化道路将产生强大的64位ARM处理器.
自Corelium 6于2014年发布以来,我们一直在Corellium上追踪Apple移动生态系统,该版本具有两个64位内核.从那时起,苹果一直将精力集中在构建更快的芯片上,而不是在芯片上投入更多的内核,而是更喜欢提高单线程性能.他们内部的硬件设计团队采用了这种方法,并产生了具有广泛功能集的独特部件,从而在架构功能方面处于业界领先地位.
在CPU内核和外围设备方面,这也使Apple芯片与所有其他64位ARM硬件完全不同.我们的Corellium虚拟化平台一直在为安全研究人员提供有关Apple ARM处理器上的操作系统和程序工作方式的无与伦比的见解.但是,在开发虚拟化系统的过程中,我们还获得了有关正在建模的硬件的知识,并且可以通过对真实硬件进行测试来最好地完善这些知识-我们只能在出现checkm8时才能做到这一点,使我们可以将程序加载到Apple智能手机上的漏洞.这直接导致了Sandcastle项目,我们在2020年初为A10处理器构建了内核端口.
因此,当Apple决定允许在具有M1处理器的Mac上安装自定义内核时,我们很高兴尝试构建另一个Linux端口,以加深我们对硬件平台的了解.在为安全性研究产品创建处理器模型时,我们正在并行处理Linux端口.
2.启动端口M1的许多组件与Apple移动SoC共享,这为我们提供了良好的起点.但是,在编写Linux驱动程序时,非常明显的是非标准Apple SoC的真实情况.我们的虚拟环境在可以容纳的模型方面非常灵活；但是在Linux方面,64位ARM领域主要依靠一套定义明确的构建块和固件接口-在M1上几乎没有使用.
首先,Apple CPU以不同的方式引导操作系统内核.引导加载程序（通常称为iBoot）以称为Mach-O的格式加载可执行的目标文件,可以选择将其压缩并包装为基于签名的基于ASN.1的包装器格式,称为IMG4.为了进行比较,普通的Linux在64位ARM上以平面二进制映像（可选地压缩并以少数几种容器格式之一）开始,或者在UEFI平台上以Windows风格的“ PE”可执行文件开始.
但是,真正的惊喜始于更多的CPU内核.在其他64位ARM系统上,这是通过通过称为PSCI的接口调用固件来完成的（少数系统使用轮询表,但固件仍由轮询表负责）.但是在M1上,CPU内核从MMIO寄存器指定的地址（设置为内核映像中的特定偏移量,然后由引导加载程序锁定）开始,然后简单地开始运行内核.
如果这还不够的话,Apple设计了自己的中断控制器,即Apple中断控制器（AIC）,它与两种主要的ARM GIC标准都不兼容.不仅如此：计时器中断（通常与ARM上的每CPU常规中断连接）被路由到FIQ（一种强大的体系结构功能）,在旧的32位ARM时代更为常见.自然,Linux内核不支持通过FIQ路径传递任何中断,因此我们必须添加它.
当您尝试使系统中的
在解决了一些额外的硬件问题之后,添加了一个预加载器,该预加载器充当Linux的包装器,并为启动处理器内核提供了蹦床,我们可以设置一个帧缓冲区,并看到代表该处理器八个内核的八只企鹅M1.
3.需要输入！不幸的是,由于我们没有用于M1 Mac的UART电缆,因此我们不得不寻找另一种添加键盘（甚至鼠标）的方法.在M1 Mac Mini上实现此功能的方法基本上有以下三种：M1芯片中的内置USB主机（用于Thunderbolt / USB端口）,PCIe上的xHCI USB主机（用于A型端口）和
虽然我们不会详细介绍Apple蓝牙,但我们会注意到它使用了我们的虚拟化产品支持的基于非标准PCIe的协议,不仅需要在M1芯片上提供PCIe端口,而且还为此协议编写了??定制的内核驱动程序.这似乎是快速完成此任务的最坏选择.
这意味着我们可以选择使用PCIe和使用标准内核xHCI驱动程序,还是使用内置USB控制器.苹果已经在其芯片中使用Synopsys DWC3双角色USB控制器已有一段时间了,并且它具有Linux内核驱动程序.不幸的是,Apple还习惯于在控制器周围添加自定义逻辑,因此最终需要做很多工作.
M1上的PCIe和内置DWC3 USB控制器都使用IOMMU（称为DART）.苹果一直在以一致的,不断发展的方式完善其DART设计,从而产生了出色的,功能齐全的IOMMU.最新版本甚至还支持子页面内存保护,这在其他地方很少见.（上个月,我们在IOMMU和其他类似设备上发表了一篇博客文章.）
要将M1内的USB端口实际连接到Mac Mini背面的USB C型连接器,我们必须与I2C上的芯片进行交互（这意味着GPIO和I2C驱动程序）,该芯片具有定制的固件.在构建虚拟模型时,我们已经看到了这些协议的协议.如果您对系统有鸟瞰的话,这也就不足为奇了.
经过几天的研究,我们终于能够连接一个外部USB集线器并连接一个键盘,鼠标和一个闪存驱动器,从而为运行普通的桌面Linux发行版提供了可能性.
