【摘要】：在密碼系統(tǒng)芯片中,嵌入式微處理器本身不具有密碼安全功能,其一般都是通過外部總線掛接硬件協(xié)處理器來完成相應的加速引擎。由于外部總線數(shù)據(jù)傳輸速率遠低于處理器內(nèi)部總線,數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ懦杀緦⒋蟠蠼档兔艽a服務效率。本文基于ARMv4T架構提出了一種密碼嵌入式微處理器設計方案,通過擴展專用指令集增強嵌入式微處理器的密碼安全功能,從最底層為用戶提供個性化密碼服務,使得密碼服務效率大大提高。 本文主要有以下貢獻: 1、參照ARM9微處理器模型,設計并實現(xiàn)了一款基于32位ARM指令集的嵌入式微處理器,為密碼嵌入式微處理器設計提供了擴展基礎平臺。 2、針對嵌入式微處理器的特殊應用環(huán)境,提出了一種新的分支預測方案。研究表明,該方案硬件開銷小、預測效率高、預測失效代價低。 3、針對Radix-4 Booth編碼乘法器,提出了一種完全消除部分積生成時加法運算的方法,有效地減小了關鍵路徑延遲和芯片資源消耗。 4、針對速度和面積兩大性能指標,提出了一種基于可變執(zhí)行周期的多周期乘法器結(jié)構,既保持了多周期乘法器的性能優(yōu)勢,又減少了乘法指令的平均執(zhí)行周期。 5、通過特殊功能寄存器控制方式設計了一種安全存儲方案,為重要數(shù)據(jù)的存儲保護提供了有效機制,可以軟件配置存儲保護區(qū)域的起始地址、區(qū)域大小和訪問權限。 6、通過擴展密碼協(xié)處理指令集控制方式設計了一種密碼功能擴展方案,為特定密碼算法的數(shù)據(jù)加解密提供了協(xié)處理加速引擎。
【學位授予單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP332
【圖文】：

信息工程大學碩士學位論文入到 CP14 協(xié)處理器的流水線中，擴展的密碼協(xié)處理指令集可以直接對密碼協(xié)處理塊進行控制，高效執(zhí)行密碼服務。在沒有使用密碼協(xié)處理指令集時，crypto_arm 和 ARM9 嵌入式微處理器沒有區(qū)別。采用哈佛結(jié)構的指令緩存(icache) 和數(shù)據(jù)緩存(dcache)，使得取指令與取數(shù)據(jù)可以行，避免了 load/store 類指令的結(jié)構相關問題。同時，采用統(tǒng)一編址的主存設計，避佛結(jié)構微處理器不能指令代碼自修改的弊端。

圖 2.1 crypto_arm 邏輯體系結(jié)構 嵌入式微處理器模型T 架構包括多種系列的嵌入式微處理器，crypto_arm 選擇了 ARM，實現(xiàn)了其 32 位的 ARM 指令系統(tǒng)，支持協(xié)處理器指令，不支持 1ARM9 以經(jīng)典的五級流水線，哈佛結(jié)構的緩存設計，在低功耗和性能。 流水線結(jié)構具有五級流水線，分別為取指(IF)、譯碼(ID)、執(zhí)行(EX)、訪存(ME將指令的執(zhí)行過程分配到五個時鐘周期完成，流水線中理想狀態(tài)個流水段執(zhí)行一條指令的一個子過程，即每個時鐘周期同時有 5了時鐘運行頻率以及并行處理數(shù)據(jù)的能力。ARM9 流水線結(jié)構如

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本文編號：2742834