单片机SRAM工艺的FPGA加密应用

       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。

   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
       XMQLOOP：MOV　C，Q0
       MOV　PNMA，C；将Q0输出到PNMA引脚，作为PN码
       MOV　C，Q0
       MOV　WORD6.0，C；用WORD6单元的0位来存Q0的状态
       MOV　C，Q2
       MOV　WORD7.0，C；用WORD7单元的0位来存Q2的状态
      



; MOV　C，Q21
       MOV　WORD8.0，C；用WORD8单元的0位来存Q21的状态
       MOV　C，Q23
       MOV　WORD9.0，C；用WORD9单元的0位来存Q23的状态
       MOV　ACC，WORD6
       XRL　A，WORD7
       XRL　A，WORD8
       XRL　A，WORD9；通过异或指令，计算反馈逻辑