ブートROM

ブートROMは、コンピュータシステムのブートに使用される読み取り専用メモリ（ROM）です。 ^[1] CPUがリセットベクターにリセットされた後に実行される命令が含まれており、通常はブートローダをロードします。ブートROMには、後で変更できないマスクブートROMと、 EEPROMやフラッシュメモリチップ などの書き込み可能なブートROMの2種類があります。

電源投入時、ハードウェアは通常、初期化されていない状態で起動します。起動を続行するには、システムが周辺機器からブートローダを読み取る必要がある場合があります。外部ストレージ デバイスから読み取るルーチンは、ハードウェアよりもソフトウェアで実装する方が簡単な場合がよくあります。ブート ROM は、実行開始時にプロセッサがすぐに使用できる固定位置に、この初期読み込みコードを格納する場所を提供します。

ブート ROM はメモリ内の固定位置にマップされ、プロセッサはリセット後にプロセッサのリセット ベクトルに従ってこの位置から実行を開始するように設計されています。ブート ROM は、CPU と同じダイ上に配置されるか、外部ROMチップです。最近のシステムでは、ブート ROM (CPU に統合されているか外部 ROM チップであるかに関係なく) は通常、インプレース実行をサポートするNOR フラッシュを使用します。

ブート ROM は、起動に必要なハードウェア バスと周辺機器を初期化します。ブート ROM がRAM を初期化できる場合もありますが、ブートローダがそれを実行する場合もあります。 ^[要出典]

ハードウェア初期化の最後に、ブート ROM は外部周辺機器 (ハードディスク ドライブまたはソリッド ステート ドライブ、eMMCまたはeUFSカード、microSDカード、外部 EEPROM など) から、または通信ポート(シリアル ポートやイーサネットなど)上の特定のプロトコルを通じてブートローダをロードしようとします。

多くのシステム オン チップでは、ブート ROM がブートローダをロードしようとする周辺機器またはバス、およびそれらがロードされる順序を設定できます。この設定は、システム オン チップ内の電子ヒューズを飛ばしてその情報をエンコードするか、システム オン チップの特定のピンまたはジャンパーをハイまたはローにすることで実行できます。

一部のブートROMはブートローダのデジタル署名をチェックすることができ、署名が有効でないか、許可されたキーで署名されていない場合はブートローダの実行を拒否し、ブートを停止します。一部のブートROMでは、署名を検証するために必要な公開キーのハッシュがシステムオンチップ内の電子ヒューズにエンコードされています。一部のシステムオンチップブートROMは公開キーインフラストラクチャもサポートしており、代わりに認証局（CA）の公開キーのハッシュが電子ヒューズにエンコードされており、ブートROMはCAの公開キー（ハッシュは電子ヒューズにエンコードされています）でそのキーを検証することで、ブートローダが許可されたキーで署名されているかどうかを確認できます。^{[2] [3]}

この機能は、セキュリティ機能を実装するために使用したり、信頼チェーンのハードウェア信頼ルートとして使用したりできますが、一度設定すると、ユーザーはブートローダを好きなものに置き換える自由が奪われます。このため、この機能はフリーソフトウェアコミュニティから強い懸念を引き起こしました。^[4]

ブートローダにジャンプする直前に、チップ上の一部のシステムはメモリマッピングからブートROMも削除しますが、他のシステムでは削除しないため、後の分析のためにブートROMをダンプすることが可能です。^[3]ブートROMがまだ表示されている場合は、ブートローダはブートROMのコードを呼び出すこともできます（これは文書化されている場合があります）。

システム オン チップ(SoC) がRAM サスペンド モードに入ると、多くの場合、プロセッサは完全にオフになり、RAM はセルフ リフレッシュ モードになります。再開時に、ブート ROM が再度実行され、多くのブート ROM は SoC が RAM サスペンド モードであったことを検出し、カーネルに直接ジャンプして再開できます。カーネルは、オフになっていた周辺機器の電源を再度オンにして、コンピューターが以前の状態に戻されるようにします。

多くのAllwinnerチップ搭載システム（A10、A20、A64）では、ブートROMはUSB経由でブートローダがロードされるのを待つか（特定のPINがハイの場合）、固定された順序で複数の周辺機器のブートを試みます。^[5]

一部のAllwinnerシステムオンチップは、ブートローダの署名を検証できます。^[6]しかし、製造されているほとんどのデバイスは、そのように構成されていません。これにより、フリーソフトウェアやオープンソースソフトウェアが、多くのAllwinnerシステムオンチップと、U-Bootなどのブートローダでそれらを使用するデバイスのサポートを追加できるようになりました。^[7]

iPhone、iPad、Apple Watch、iPod Touch、Apple TVデバイスでは、ブートROMは「SecureROM」と呼ばれます。 ^[8]これはiBootの簡易版です。デバイスファームウェアアップグレード（DFU）メカニズムを提供し、特別なボタンの組み合わせを使用して起動できます。^[9]

NXPシステム オン チップ(SOC)のブート ROM は、システム オン チップの特定のピンを介して周辺機器を構成することをサポートします。i.MX6 ファミリでは、eFuseを介してブート順序を構成することもサポートします。

いくつかの NXP SoC のブート ROM には、第 1 段階のブートローダをロードする方法が多数あります(eMMC、microSD、USB など)。

いくつかのNXP SoCは、ブートローダの署名を検証するように設定できます。このようなSoCを搭載した多くのデバイスは、その検証が設定されていない状態で販売されており、それらのデバイスでは、Das U-Boot ^[10]やBareboxなどのいくつかの無料のオープンソースソフトウェアブートローダを含む、必要なブートローダをインストールできます。

いくつかの Texas Instruments社のシステム オン チップのブート ROM は、システム オン チップの特定のピンを介して周辺機器を構成することをサポートしています。システム オン チップのリファレンス マニュアルでは MLO と呼ばれている第 1 段階のブートローダをロードする方法は多数あります。

• さまざまなストレージデバイス（MMC/SD/eMMC、NANDなど）からロードできます。
• MMC/SD/eMMC では、カード セクター (マニュアルでは RAW モードと呼ばれます) から直接ロードすることも、FAT12/16/32 パーティションからロードすることもできます。
• USB または UART からロードすることもできます。

OMAP36xx システム オン チップでは、ブート ROM はセクター 0x0 と 0x20000 (128KB) で第 1 段階のブートローダを検索します。^[11] AM3358システム オン チップでは、^[12]さらに 0x40000 (256KiB) と 0x60000 (384KiB) を検索します。どちらの場合も、最大サイズは 128KiB です。これは、(第 1 段階の) ブートローダがシステム オン チップ内の SRAMにロードされるためです。

OMAPおよびAM335xシステムオンチップは、ブートローダの署名を検証するように設定できます。このようなシステムオンチップを搭載した多くのデバイスは検証が設定されていない状態で販売されており、それらのデバイスでは、Das U-Boot ^[13]、Coreboot ^[14]、Bareboxなどの無料のオープンソースソフトウェアブートローダなど、ユーザーが希望するブートローダをインストールできます。

STMicroelectronics STM32ファミリーのマイクロコントローラには、組み込みROM（「オンチップROM」とも呼ばれる）があり、空のシステムフラッシュを容易にするためのシステムメモリ^[15]が含まれています。特定のピンの組み合わせ、または場合によってはeFUSEや空のフラッシュチェックにより、チップはメインフラッシュのファームウェアではなくROMからブートするように強制されます。これにより、ハードウェアプログラミングインターフェイスに頼ることなく、空のチップをフラッシュできます。技術的には、このROMはフラッシュアレイの専用領域に格納され、製造時にSTによってプログラムされます。ほとんどのSTM32マイクロコントローラは、少なくともUART経由でフラッシュできますが、一部はUSBをサポートし、最終的にはI2C、SPI、CANなどの他のインターフェイスもサポートします。Cortex -Mコアは通常、よく知られているアドレス0x00000000（初期スタックポインタ値）と0x00000004（初期プログラムカウンタ値）からベクトルをフェッチします。ただし、ピンやヒューズは、これらのアドレスにマップされるメモリを定義します。システム メモリはマッピング オプションの 1 つであり、もう 1 つは通常、フラッシュ内のメイン ファームウェアです。この場合、ファームウェアはブート ROM が実行するすべてのジョブを実行することになっています。ファームウェアの一部は、ST のブート ROM に似たブートローダーとして動作できます。ハードウェアは、ブート領域に読み取り専用を強制して、ユーザー提供バージョンのブート ROM に変換できます。

iOS を実行しているデバイスでは、ブート ROM エクスプロイト (limera1n ^[16] 、 alloc8 ^[17]、checkm8 ^{[8] [16]エクスプロイトなど) が}iOSの脱獄に使用されることがあります。iOS に影響を与えるエクスプロイトと比較して、デバイスを脱獄したい人にとっての利点は、ブート ROM は変更できないため、またiOS を実行しているデバイスにはブート ROM にコードを追加するためのヒューズがないため、Apple は既存のデバイスの脆弱性を修正できないことです。

NvidiaのTegra SoC （ Nintendo Switchで使用）のブートROMには、ユーザーが望むブートローダを実行できる脆弱性が含まれていました。 ^{[18] [19]}

• Androidデバイスの起動プロセス
• ROMイメージ
• BootX (アップル)