用单片机实现SRAM工艺FPGA的加密应用
FPGA内工作电路见图4。
在上电之后,单片机将图4中的电路配置在FPGA中。配置完成后,单片机发送的ASET信号由低电平跳变为高电平,使得FPGA内的PN码产生电路开始工作,并于CPU发送过来的PN码进行比较。比较结果一致就使能USER_DESIGN模块正常工作。其中PLL_BITSYS模块用来发生VERIFY_PN的位同步时钟,采用微
分锁相原理实现。各种参考资料都有较多介绍,在此不再详述。
COMPARE_PN模块完成对单片机发送的伪随机码和PNMA_PRODUCER模块产生的伪随机码的比较:当两路相同,输出1,不同时输出0;若两路伪码完全匹配,则恒定输出1,使USER_DESIGN电路正常工作,否则,输出为类似于伪码的信号,使USER_DESIGN电路不能正常工作。
4 FPGA内的伪随机码产生电路
PNMA_PRODUCER模块和来产生伪随机码,采用移位寄存器实现,具体电路见图5。
LPM_SHIFTREG为移位寄存器模块。移位寄存器ASET端为异步置位端,高电平有效,即ASET为高时,将初值85置入移位寄存器内,LPMSHIFTREG模块的“DIRECTION”设置为“RIGHT”即移位方向为右移。Q[39..0]表示40位移位寄存器的各个状态,SHIFTIN为串行输入,SHIFTIN为Q0、Q2、Q21、Q23四个状态异或运算的结果。
图4
系统加电时,单片机将ASET置为低电平,经过一个非门,变成高电平使移位寄存器处于置位状态。在配置完成后,单片机将ASET信号置为高电平,经非门使移位寄存器正常工作。
利用移位寄存器电路产生伪随机码的电路非常简单,反馈逻辑也便于修改。
5 单片机验证伪码的程序
在位寻址区(20H~2FH)定义了字节变量WORD1、WORD2、WORD3、WORD4、WORD5,用来存储移位寄存器的40个状态。其中Q0对应WORD1.0,Q1对应WORD1.1……Q39对应WORD5.7。同时,在位寻址区定义了WORD6、WORD7、WORD8、WORD9,用来进行后面的反馈逻辑计算。
单片机一上电,首先将ASET脚清零,同时,也将PNMA脚清零,将初值55H作为移位寄存器的初始状态,接着完成FPGA的上电配置工作。配置完成后,单片机检测来自FPGA的外部中断CONFDONE。如果配置完成,CONFDONE为高电;否则,为低电平。在检测到CONFDONE为高电平,即配置完成后,单片机将ASET脚置为1,使能FPGA内的伪码发生电路工作,单片机产生伪随机码的流程。配置完成后,首先将Q0输出到PNMA引脚,接着计算反馈逻辑输入,将参与反馈运算的几个状态运算结果存在中间变量MID_VARY中。然后,对各个状态进行右移,为了提高运算效率,使用了带进位C的字节循环右移指令。移位完成后,将MID_VARY存入Q39,再将新的Q0输出到PNMA引脚,程序循环执行产生伪随机码。
单片机核心源程序如下:
CLR ASET ;单片机上电后将ASET位清0
CLR PNMA
MOV WORD1,#55h
MOV WORD2,#0
MOV WORD3,#0
MOV WORD4,#0
MOV WORD5,#0;将55H作为移位寄存器的初值PEIZHI:
…… ;进行FPGA的配置工作
JB CONFDONE,PNPRODUCE;根据CONFDONE判断配置是否完成
LJMP PEIZHI ;否则继续配置
PNPRODUCE:SETB ASET ;配置完成后,将ASET脚置1
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