痞子衡嵌入式：对比MbedTLS软件实现与i.MXRT硬件实现性能差异

近期有 i.MXRT 客户在集成 OTA SBL 项目去实现产品的 2nd bootloader 时遇到了 MbedTLS 库算法性能问题，客户想知道 MbedTLS 纯软件实现和使用 i.MXRT 芯片里的硬件加速器实现，在性能上差距有多大。借着客户这个问题，我们今天就在 i.MXRT 上实测看一下两个方式的性能差异。

客户使用的是 i.MXRT1170，这个型 上的硬件加速器是 CAAM，相比前一代架构 i.MXRT10xx 系列上的 DCP 有升级，我们今天把 DCP 和 CAAM 同时测一下。

一、mbedtls算法库简介

MbedTLS（前身 PolarSSL）是一个开源的 SSL/TLS 算法库，最早由 ARM 公司开源和维护，现在已经移交 TrustedFirmware 区维护。MbedTLS 开源仓库地址为：

MbedTLS 代码由 C 语言写成，其以最小的编码占用空间实现了 SSL/TLS 功能及各种加密算法，易于理解、使用、集成和扩展，方便开发人员轻松地在嵌入式产品中使用 SSL/TLS 功能。

MbedTLS 软件包主要提供了如下支持:

1. 完整的 SSL v3、TLS v1.0、TLS v1.1 和 TLS v1.2 协议实现

2. X.509 证书处理

3. 基于 TCP 的 TLS 传输加密

4. 基于 UDP 的 DTLS（Datagram TLS）传输加密

5. 其它加解密库实现

二、i.MXRT上的硬件加速器简介

2.1 i.MXRT10xx系列上的DCP

2.2 i.MXRT11xx系列上的CAAM

CAAM 是 Cryptographic Acceleration and Assurance Module 的简称，是个超全功能的安全算法加速器。在 i.MXRT1170 Security Reference Manual 中有一张系统整体安全架构简图，这个简图中标出了 CAAM 模块的主要功能，其在 DCP 已有功能上做了进一步扩展，丰富了算法支持。

三、对比常见算法的软硬件实现性能差异

3.1 官方SDK例程简介

想要在 MCU 上跑 MbedTLS 算法，正常是需要先移植 MbedTLS 源码的。但是恩智浦 i.MXRT 官方 SDK 包里已经做好了移植，源码就放在 SDK_2.11.0_MIMXRT1xxx-EVKmiddlewarembedtls 下面，所以我们省去了移植步骤。注：在 SDK 2.11 版本里移植的是 MbedTLS 2.27.0。

此外官方 SDK 里还提供给了如下两个关于 MbedTLS 的基础例程，其中 mbedtls_selftest 是遍历全部算法，检测算法执行正确性；mbedtls_benchmark 则是提供全部算法的实际运行性能数据（编解码速率 KB/s）。

SDK_2.11.0_MIMXRT1xxx-EVKboardsevkmimxrt1xxxmbedtls_examplesmbedtls_selftest

SDK_2.11.0_MIMXRT1xxx-EVKboardsevkmimxrt1xxxmbedtls_examplesmbedtls_benchmark

3.2 在i.MXRT1060上实测

我们现在在 MIMXRT1060-EVK 板子上实测算法性能，就用 mbedtls_benchmark 例程，选择 debug build，即让代码跑在 TCM 里，这样可以达到最好性能，不让存储器性能成瓶颈从而影响算法性能数据。此外 i.MXRT1060 内核频率也是配到了最高 600MHz。

mbedtls_benchmark 例程默认是启用硬件加速器 DCP 来实现算法的，因为我们要对比 MbedTLS 纯软件实现和 DCP 硬件实现性能差异，所以在测试纯软件方式时需要在工程源文件 MIMXRT1062_features.h 里将下面这个宏临时设为 0，这时候工程可能会编译不通过（代码链在 128KB ITCM 里），因为纯软件方式代码相比硬件驱动方式代码要大得多，此时可以在 benchmark.c 或者 ksdk_mbedtls_config.h 注释掉一些算法执行来减少最终代码体（保留你感兴趣的算法）。

/* @brief DCP availability on the SoC. */
#define FSL_FEATURE_SOC_DCP_COUNT (0)

算法性能数据跟 IDE 以及编译优化选项也有关系，我们这里选择了 IAR，优化选项分别测试了 None 以及 High Speed，No Size constraints 两种，因为算法特别多，我们就摘比较常用的 SHA 和 AES，其对比结果如下：

3.3 在i.MXRT1170上实测

与上一节同样的方法，在 MIMXRT1170-EVK 板子上也测一下，同样 mbedtls_benchmark 例程 debug build，注意 i.MXRT1170 是双核芯片，我们在 Cortex-M7 下做测试，将内核频率配到最高 996MHz。

测试 i.MXRT1170 上纯软件方式时仅需要在工程选项预编译宏里将 CRYPTO_USE_DRIVER_CAAM 去掉即可，当然也可以在 MIMXRT1176_cm7_features.h 里将下面这个宏临时设为 0，这时候没有代码空间顾虑，i.MXRT1170 上默认 ITCM 是 256KB。最终测试结果如下：

/* @brief CAAM availability on the SoC. */
#define FSL_FEATURE_SOC_CAAM_COUNT (0)

3.4 性能测试总结