基于DVD-ROM应用的内容加扰系统的VLSI设计

图4 　SUBSTITUTOR硬件结构图
　　
其中，T代表T_BOX ，只在5X6结构的第三四列出现，主要对输入数据进行XOR 运算及相应的置位;SBOX硬件结构如图5所示：
　　

图5　SBOX硬件结构图
　　
其中，PRE_TABLE 和POST_TABLE 均为查找表，用8X8ROM 实现，这样完成整个认证过程需要32 个这样的ROM。从图中可以看到，ROM地址由输入数据决定，按址查找后即得到输出结果。查找表和AK一样需向DVD协会申请许可证才能得到具体数据。
　　
状态机设计
　　
根据系统分析，CSS有6种工作模式，分别为：
　　
①计算DVD驱动器的响应值DRV_RES ;
②产生对主机认证的呼叫DEC_CHAL 用于对主机的认证;
③产生主机的参考值DEC_REF，并与主机的响应值DEC_RES作比较，若相同则主机通过DVD驱动器认证并产生连接数;
④产生总线密钥：
⑤用总线密钥对光盘密钥进行加扰;
⑥用总线密钥对标题密钥进行加扰。
　　

图6 　状态转换图
　　
CSS中采用MOORE类型的状态机，围绕这些工作模式进行状态转换。其状态转换图如图6所示。
　　
功能仿真和FPGA 验证
　　
按照上述设计思想，用Verilog HDL对CSS进行RTL描述。使用Synopsys VCS对其6种模式进行仿真，通过Debussy的PLI接口生成波形文件(.fsdb)，在Debussy中对波形进行分析。光盘密钥共有2048 个字节，DVD 扇区中包含光盘密钥的数据区在第13个到2060个字节。在测试脚本里预先设定总线密钥的值并导入2352个字节的DVD扇区数据到BM以便对CSS进行功能测试。在这里只针对光盘密钥加扰模式的仿真波形进行说明。
　　
其中，CSS_BM_RD_REQ_CNT为CSS向BM发出的读请求信号，DISC_KEY_XFER_EN为光盘密钥传输使能信号，均为高电平有效。BM_CSS_DATA[7:0]为光盘密钥数据，存储于BM的FIFO中。当上述两个使能信号都为"1"时，光盘密钥就从BM传输至CSS中，每个时钟周期传送一个字节。TOTAL_OFFSET_CNT是从BM传输来的数据的总的字节偏移量，当TOTAL_OFFSET_CNT=11时DISC_KEY_STARTLOC置位，标志着开始加扰光盘密钥。每传送一个字节数据的光盘密钥，就用总线密钥对其进行异或运算，并在下一个时钟周期将加扰的结果送出并产生数据有效标志。分析CSS_BM_DATA_OUT[7:0]可知，总线密钥对光盘密钥进行了正确的加扰及传输。
　　
为了保证CSS系统设计的正确性，我们选用Xilinx Spartan2的XC2S50器件做FPGA验证。我们在Synplify中生成网表文件(.edf)，然后通过XilinxISE生成单元网表文件(.v)和线延时文件(.sdf)以用于VCS 进行后仿真，最后生成FPGA下载文件(bit)。XC2S50硬件占用情况如表1所示：

表1 　FPGA资源分配表
　　
结束语
　　
本文介绍了一种内容干扰系统(CSS)的设计和实现。在分析了其工作原理和系统结构后我们给出了数据通路和状态机的设计方法，重点说明了SUBSTITU TOR的设计，这是整个系统设计中的难点。该系统在DVD伺服控制电路中的应用表明，它确保了DVD驱动器到主机的光盘数据传输通道的安全性，可以有效防止对DVD盘片的非法拷贝，达到了设计要求。