单片机SRAM工艺的FPGA加密应用

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
MOV　C，ACC.0；反馈逻辑为Qin=Q0；
XOR　Q2　XOR　Q21　XOR　Q23
MOV　MID_VARY，C；将运算后的状态存到MID_VARY中右移运算
MOV　ACC，WORD1
RRC　A；移位Q7～Q0
MOV　WORD1，A；移位后，保存到WORD1单元中
MOV　ACC，WORD2
RRC　A；移位Q15～Q8
MOV　WORD2，A；移位后，保存到WORD2单元中
MOV　Q7，C；将Q8的值赋到Q7
MOV　ACC，WORD3
RRC　A；移位Q23～Q16
MOV　WORD3，A；移位后，保存到WORD3单元中
MOV　Q15，C；将Q16的值赋到Q15
MOV　ACC，WORD4
RRC　A；移位Q31～Q24
MOV　WORD4，A；移位后，保存到WORD4单元中
MOV　Q23，C；将Q24的值赋到Q23
MOV　ACC，WORD5
RRC　A；移位Q39～Q32
MOV　WORD5，A；移位后，保存到WORD5单元中
MOV　Q31，C；将Q32的值赋到Q31
MOV　C，MID_VARY；将前面反
馈计算的值赋给Q39
MOV　Q39，C
LJMP　XMALOOP　；继续产生下一代PN码元

6　其它加密方法介绍及比较

对SRAM工艺的FPGA进行加密，除了可以利用单片机实现外，还可以用E2PROM工艺的CPLD实现。与用单片机实现相比，利用CPLD的优点在于可实现高速伪码，但要在硬件电路中增加一块CPLD芯片，使整个硬件电路复杂化，增加了成本。本文提供的加密方法考虑到配置完成后单片机处于空闲状态，此时利用单片机进行加密，不需要增加任何电路成本，使得整个系统硬件结构十分简洁。

本文提出采用长伪随机码来实现加密。如果采用其它的算法产生验证信息，并增加单片机与FPGA工作时信息实时交互，使得获取验证信息的难度足够大，也可以达到类似的加密效果。