【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展,數(shù)據(jù)的處理量越來越大,對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀寫速度的要求越來越高,這對(duì)于存儲(chǔ)器件來說要求越來越高。Flash作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的一種優(yōu)質(zhì)存儲(chǔ)器件,應(yīng)用最為廣泛,但是一旦存儲(chǔ)了用戶數(shù)據(jù)的Flash丟失或者被人竊取,Flash中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就有可能被非法讀取,造成信息泄露,所以數(shù)據(jù)的安全性是Flash存儲(chǔ)中的一個(gè)必須要考慮的問題。在使用Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)的應(yīng)用中,一般都會(huì)用Flash控制器對(duì)Flash進(jìn)行訪問,以此來提高訪問效率。但是市面上的Flash控制器大部分都沒有加密功能,也就是依然存在數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。本文基于以上分析出的問題,設(shè)計(jì)了一個(gè)帶加密功能的QSPI-Flash控制器。該控制支持QSPI接口,即四線SPI模式,大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率;對(duì)于數(shù)據(jù)安全性的問題,本文在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了密鑰生成函數(shù)和加密函數(shù)來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理,即使Flash遭到攻擊,攻擊者也只能竊取密文,而密文對(duì)于攻擊者來說毫無意義,所以并不會(huì)對(duì)使用者造成損失。本文首先根據(jù)QSPI-Flash控制器的功能,進(jìn)行電路設(shè)計(jì),形成RTL級(jí)代碼,然后對(duì)RTL級(jí)代碼進(jìn)行功能仿真和FPGA原型驗(yàn)證,功能仿真全部指令均通過,加解密功能也通過。FPGA原型驗(yàn)證也通過,并且和其他幾篇文獻(xiàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了對(duì)比,本文的設(shè)計(jì)在安全性和速度上都相對(duì)更好。驗(yàn)證通過后基于華宏0.11um工藝對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了ASIC實(shí)現(xiàn),對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了邏輯綜合、形式驗(yàn)證和靜態(tài)時(shí)序分析,并對(duì)電路性能進(jìn)行了分析。本文最終基于華宏0.11um工藝,對(duì)本設(shè)計(jì)的數(shù)字部分進(jìn)行了ASIC實(shí)現(xiàn),數(shù)字部分電路面積為68020um~2,系統(tǒng)最高時(shí)鐘頻率為200MHz,動(dòng)態(tài)功耗為3.7632mW,其安全性和讀寫速度優(yōu)于市面上大部分Falsh控制器。
【圖文】：

圖 3-7 PUF 單元基本結(jié)構(gòu)的 PUF 單元工作原理如下：狀態(tài)，C=0,這時(shí)連接至 GND 的 4 傳輸開關(guān)閉合，將分壓節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，C=1，SEL=1,C、SEL 信號(hào)迎來高電平，連接至 GND 的 4 開SSAIN 輸入開關(guān)導(dǎo)通。這時(shí)由于電容 Cp1 與 Cn1 的上極板存在一輸出節(jié)點(diǎn)由于電容比分壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)分壓。分壓值： = 1 1 = 1 1 況下 Cp1=Cn1=C1，Cpo=Cno=Co，，因此有 Vp=Vn。但是在實(shí)際1/Cn1 與 Cp2/Cn2 之間存在失配 δ，即： 1 = 1

對(duì)于不需要加解密操作的命令，輸入的信息會(huì)通過 Testbench 輸入，SOC 接口模塊會(huì)接收信息，然后轉(zhuǎn)發(fā)到 QSPI-Flash 仿真模型中。如果不需要讀取數(shù)據(jù)，在所有信息轉(zhuǎn)發(fā)完畢后，flash 接口模塊的 CS 信號(hào)會(huì)被拉高，然后整條指令的操作結(jié)束；如果需要讀取數(shù)據(jù)，flash 接口模塊會(huì)讀出數(shù)據(jù)，后再通過 SOC 接口發(fā)送出來。對(duì)于這一類的命令，可以通過觀察 SOC 接口模塊的 I/O 接口信號(hào)的時(shí)序和 flash 接口模塊的 I/O 接口信號(hào)的時(shí)序，對(duì)比二者時(shí)序是否一致，如果時(shí)序一致則功能沒有問題，信息被正確的發(fā)送到了 Flash 仿真模型中。根據(jù)指令信息的數(shù)據(jù)流向，這一類指令有以下兩種情況：1、寫命令，不加密這一類指令的數(shù)據(jù)流向是單向的，即只需要向 flash 發(fā)送數(shù)據(jù)，flash 不會(huì)有數(shù)據(jù)輸出，指令組成有三種況：只有命令，命令和地址，命令和數(shù)據(jù)。當(dāng)外設(shè)發(fā)送這些指令時(shí)，QSPI-Flash 控制器會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)指令信息，當(dāng)全部指令信息轉(zhuǎn)發(fā)完畢后，結(jié)束當(dāng)前指令，準(zhǔn)備接收下一條指令。以下是這一類指令仿真的波形圖：
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN915.08;TP391.44;TP333

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本文編號(hào)：2606042