基于多核技术的fpga信息加密解密器设计

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1、第二届中国电子学会Xilinx开放源码硬件创新大赛基于多核技术的FPGA信息加密解密器设计研究报告大连理工大学参赛队2010年3月10日-47-基于多核技术的FPGA信息加密解密器设计指导老师：邱铁团队成员：刘大伟、黄磊、满俊麟、张宝伟联系方式：15940891366dbmelody99z@gmail.com-47-目录1.研究背景-5-1.1系统原理和技术特点：-5-1.2多核技术：-6-1.3多核的挑战：-6-1.3.1硬件挑战-6-1.3.2软件挑战-6-1.4多核的发展-7-1.5优势-7-2多核构架设计-8-2.1系统架构结构概况-8-2.2本地子系统-8-2.2.1微处理器核-

2、9-2.2.2本地指令存储器-11-2.2.3本地数据存储器-11-2.3调度模块-11-2.3.1任务分配器-11-2.3.2任务调度器-11-2.3.3全局数据通道-12-2.4通讯互连架构-12-2.4.1局部总线-12-2.4.2全局总线-13-2.4.3总线桥-13-2.5全局共享模块-14-2.5.1共享数据存储器-14-2.5.2中断控制器-14-3.调度算法的实现-14-3.1多核CPU与调度算法的总体设计-14-3.2存储地址分配-16-3.3局部总线各模块的设计-16-3.3.1本地指令存储器的设计-16-3.3.2本地数据存储器的设计-17-3.4调度模块中各模块的设

3、计-18-3.4.1任务分配器-19-3.4.2任务调度器-21-3.4.3全局数据通道-24-3.5全局总线各模块的设计-25-3.5.1共享数据存储器-25-3.5.2中断控制器-25-3.6总线桥的设计-26--47-3.6.1总线转换器-26-3.6.2从主译码器-27-3.6.3从主数据通道-27-4.加密解密算法实现-29-4.1加密解密算法的选择-29-4.2RSA算法的实现-30-4.2.1汇编指令集-30-4.2.2汇编程序设计-36-4.3RSA算法与四核调度-39-5.功能实现-39-5.1测试原理-39-5.2应用模型-40-5.3系统级功能验证结果-40-参考文献

4、-46--47-1.研究背景网络通信中的加密解密技术是信息安全技术领域的一项重要课题，本项目是针对当前网络通信特点—数据量较大，其通信速度受加密器和解密的限制，本项目采用FPGA设计多核CPU，实现对网络传输信息进行加密和解密，保证通信网络高效安全的实现。1.1系统原理和技术特点：1.在传统的网络通信中，加密和解密的速度影响着通信的速度。单CPU难以满足高效性的要求。本项目采用FPGA设计具有4个核的处理器，外加一个硬核，用硬核来控制4个软核，设计及优化调度算法，使四个核能协同工作，提高加密解密速度，保证数据传输速率。2.加密解密采取RSA算法加密过程中，每个处理器完成一步加密技术，采用流

5、水线式的处理机制，产生随机数—判断素数—加密—解密，这样不仅保证了网络传输的安全性，也保证了传输的高效性。3.此项目中注重处理器的选型，处理器的数量，算法的编写，内存的分配等等。4..Xilinx基于FPGA的嵌入式解决方案提供了构建范围广泛的嵌入式网络系统所需要的所有组件和资源。Xilinx嵌入式解决方案的一个主要优点是其处理器、IP内核以及软件组件的灵活性和可扩展能力。1.2多核技术：1.多核平台的建立，及多核调度算法的的设计及优化。2.将加密解密过程进行分配，用多核分步进行调度，及每一轮过程中给各处理机分配合适的负载量。3.利用平台使加密解密速度与网络传输速率相匹配。1.3多核的挑战

6、：在单颗芯片上集成如此多的资源可以在很大程度上提升整体性能，但同时也在硬件和软件的设计上对设计人员提出了新的挑战。1.3.1硬件挑战传统的并行处理系统是用来做科学运算、数据库，以及其他的与嵌入式系统工作环境大相径庭的应用领域。因此，相对传统的并行处理系统而言，设计人员必须着重考虑多处理器系统芯片的两个应用特征：（1）实时性：所谓实时性，其核心含义在于确定性[8]，实时性操作要求系统架构有可以预见的性能体现，也就是说系统的每个组成单元都有可以预见的为，这样软件开发人员可以计划如何在系统的关键部分获得要求的性能。（2）低功耗：大多数嵌入式设备都运行在对功耗要求比较严格的场合。封装和机械散热装置

7、解决了传统计算机的功耗问题，但是对于多处理器系统芯片的设计，就需要从各个抽象层次去考虑功耗问题，在系统级设计时就必须对功耗有足够精确的控制。-47-1.3.2软件挑战软件的设计在多处理器系统芯片的整体设计中起着越来越重要的作用，优秀的操作系统和应用软件使得同样的硬件平台能够更高效地完成系统功能。设计多处理器系统芯片在软件方面所面临的挑战主要体现在以下几个方面：软硬件开发环境和工具：嵌入式软件的开发属于跨平台开发，即开发平