PIC32CM5164 TrustZone 安全触摸项目

1. 项目介绍

本项目是基于 Microchip PIC32CM5164LS00048 微控制器的 TrustZone 安全触摸按键方案，实现了一个带安全隔离的触摸感应应用。

2. 硬件介绍

2.1 微控制器 (PIC32CM5164LS00048)

• 内核: ARM Cortex-M23 (32-bit)
• Flash: 512 KB
• SRAM: 64 KB
• 工作电压: 1.8V ~ 3.6V
• 封装: 48-pin LQFP

2.2 外设资源

2.3 硬件连接

     PIC32CM5164LS00048
     
     PA15 (BTN_LED) ───── LED 
     PTC (Y23/Y16)  ───── 触摸
     SERCOM3 (TX)   ───── USB转TTL (调试)
     SERCOM3 (RX)   

3. 方案框图和设计思路

3.1 系统架构

3.2 设计思路

1. 安全隔离: 通过 ARM TrustZone 将系统分为安全和非安全
2. 触摸检测: 采用 QTouch 库的自电容模式 (NODE_SELFCAP_SHIELD)，带频率跳变抗干扰
3. 定时触发: 使用 RTC Timer0 产生 20ms 周期中断触发触摸测量
4. 状态显示: 触摸按键检测到触摸时点亮 PA15 上的 LED
5. 回调机制: 使用 cmse_nonsecure_entry 属性暴露安全 API 给非安全世界调用

4. 调试软件、软件流程图及关键代码

4.1 调试工具

4.2 主程序流程图

4.3 触摸处理详细流程代码调用

4.5 关键代码

主入口 (main.c:39-68):

int main(void)
{
    uint32_t msp_ns = *((uint32_t *)(TZ_START_NS));
    volatile funcptr_void NonSecure_ResetHandler;

    SYS_Initialize(NULL);  // 初始化所有模块

    if (msp_ns != 0xFFFFFFFF) {
        __TZ_set_MSP_NS(msp_ns);  // 设置非安全栈
        // 获取非安全复位向量并跳转
        NonSecure_ResetHandler = (funcptr_void)(*((uint32_t *)((TZ_START_NS) + 4U)));
        NonSecure_ResetHandler();
    }

    while (1) {
        touch_process();
        if (measurement_done_touch == 1)
            touch_status_display1();  // 触摸状态显示
    }
}

触摸状态显示 (main.c:71-80):

void touch_status_display1(void)
{
    uint8_t key1 = get_sensor_state(0) & KEY_TOUCHED_MASK;
    if (key1 != 0)
        BTN_LED_Set();    // PA15 输出高，点亮 LED
    else
        BTN_LED_Clear();  // PA15 输出低，熄灭 LED
}

触摸传感器配置 (touch.c:170-194):

static touch_ret_t touch_sensors_config(void)
{
    touch_ret_t touch_ret = TOUCH_SUCCESS;
    
    // 初始化采集模块
    touch_ret = qtm_ptc_init_acquisition_module(&qtlib_acq_set1);
    touch_ret = qtm_ptc_qtlib_assign_signal_memory(&touch_acq_signals_raw[0]);
    
    // 使能并校准每个节点
    for (sensor_nodes = 0; sensor_nodes < DEF_NUM_CHANNELS; sensor_nodes++) {
        touch_ret = qtm_enable_sensor_node(&qtlib_acq_set1, sensor_nodes);
        touch_ret = qtm_calibrate_sensor_node(&qtlib_acq_set1, sensor_nodes);
    }
    
    // 初始化按键
    for (sensor_nodes = 0; sensor_nodes < DEF_NUM_SENSORS; sensor_nodes++) {
        touch_ret = qtm_init_sensor_key(&qtlib_key_set1, sensor_nodes, 
                                        &ptc_qtlib_node_stat1[sensor_nodes]);
    }
    return touch_ret;
}

安全世界非安全调用入口 (nonsecure_entry.c:44-46):

int __attribute__((cmse_nonsecure_entry)) secure_add(int x, int y)
{
    return (x + y);  // 安全 API 示例
}

5. 功能展示图及说明

5.1 功能描述

5.2 触摸配置参数

#define DEF_NUM_CHANNELS       1u    // 1 个采集通道
#define DEF_NUM_SENSORS        1u    // 1 个按键
#define DEF_SENSOR_TYPE       NODE_SELFCAP_SHIELD  // 自电容屏蔽模式
#define DEF_TOUCH_DET_INT     4u     // 触摸去抖 4 次确认
#define DEF_TOUCH_MEASUREMENT_PERIOD_MS 20u  // 20ms 测量周期
#define NUM_FREQ_STEPS        3u     // 3 频点跳变
#define KEY_TOUCHED_MASK      0x01   // 触摸状态掩码

5.3 功能展示
按下触摸按键，灯亮起\熄灭

6. 项目中遇到的难题及解决方法

6.1 环境部署困难

本编译烧录环境特别难部署，靠参考官网WIKI以实现

如何使用 MPLAB® 代码配置器（MCC）Harmony - 开发者帮助创建基于 TrustZone® 的触摸项目

6.2 触摸灵敏度不足

问题: 手指触摸时检测不到状态变化

解决: 调整触摸参数：

// 降低阈值，提高灵敏度
#define KEY_0_PARAMS { 20u, HYST_25, NO_AKS_GROUP }
// 原始值较大，改为 20

7. 心得体会

1. TrustZone 边界管理: 使用 cmse_nonsecure_entry 和 cmse_nonsecure_call 属性标记边界函数是关键，编译器会自动生成 veneer 代码
2. 触摸调参经验: 自电容触摸需要根据 PCB 走线调整 CSD (Charge Share Delay) 和滤波等级，FILTER_LEVEL_16 对大多数场景已足够