如圖1所示，密碼算法IP核重構(gòu)區(qū)由TDES、SHA1、RSA三個IP核與IP_bridge、asis_ramx共同構(gòu)成，根據(jù)輸入的控制參數(shù)，完成同一雙端口存儲區(qū)與不同IP核之間的動態(tài)重構(gòu)。其輸入輸出如表1所列。

以調(diào)用SHA1為例，系統(tǒng)完成對數(shù)據(jù)塊雜湊值計算的操作步驟為：

①MCU執(zhí)行指令

MOV FUNCCHOOSE，#05H

選擇當(dāng)前調(diào)用IP核為SHA1。

②將一個16字節(jié)待處理數(shù)據(jù)塊輸入雙端口存儲區(qū)asis_ramx中，此時輸入數(shù)據(jù)長度必須為16字節(jié)。

③執(zhí)行指令

MOV INSTUCT，#80H

MOV INSTRUCT，#01H

前一條指令將SHA1進行復(fù)位，后一條指令使能SHA1，將待處理數(shù)據(jù)讀入IP核內(nèi)部寄存器，進而對其進行SHA1運算處理。

④對FUNCSTATE最低位進行判斷，為1時輸入下一個16字節(jié)數(shù)據(jù)塊，執(zhí)行指令

MOV INSTRUCT，#01H

復(fù)位SHA1完成信號，繼續(xù)進行SHA1運算處理。

⑤最后一個16字節(jié)數(shù)據(jù)塊輸入，執(zhí)行指令

MOV INSTRUCT，#01H

判斷FUNCSTATE最低位，為1時讀出雙端口存儲區(qū)中處理完成數(shù)據(jù)。

⑥執(zhí)行指令

MOV INSTRUCT，#00H

關(guān)閉SHA1協(xié)處理器，完成SHA1調(diào)用。

對TDES及RSA的功能調(diào)用類似于SHA1，僅在指令配置時稍有不同。TDES增加了密鑰生成過程的指令配置與完成信號判斷，RSA增加了對模長與模冪的參數(shù)配置。由上可知，與方法二相比較，IP橋接技術(shù)在調(diào)用實現(xiàn)IP核功能時，需要增加的僅為一條IP選擇參數(shù)配置指令。

3 測試與仿真

本文采用軟件仿真與FPGA下載測試兩種手段，對2.2中的設(shè)計進行了功能正確性驗證。圖2給出了該設(shè)計中IP_bridge在quartus II 5.0下的仿真波形圖。

在圖2中，F(xiàn)UNCCHOOSE為系統(tǒng)功能區(qū)的IP選擇參數(shù)輸入，INSTRUCT為IP控制指令。當(dāng)IP選擇參數(shù)值為07H、06H、05H 時，對應(yīng)的選定IP為RSA、TDES、SHA1。以選定SHA1為例，當(dāng)IP選擇參數(shù)為05H時，IP_bridge模塊重構(gòu)asis_ramx為 SHA1專用數(shù)據(jù)處理區(qū)，且此時SHA1控制指令shal_instruct_o被配置為當(dāng)前IN-STRUCT值，完成對SHA1的接口配置;當(dāng)IP選擇參數(shù)為 06H、07H時，IP_bridge置SHA1控制指令shal_in-struct_o為00H，使SHA1協(xié)處理器處于休眠狀態(tài)。對 IP_bridge仿真波形圖的分析表明，其邏輯功能正確。由于在初次FPGA下載測試時發(fā)現(xiàn)，允許IP_bridge對IP核進行時鐘配置會導(dǎo)致協(xié)處理器功能不穩(wěn)定，因而取消了IP_bridge的IP核時鐘配置功能。除此以外，其余部分均滿足本文2.1中的功能要求。

為進一步驗證設(shè)計的正確性，本文選用Altera公司Cyclone II系列EP2C35F672C6器件，對其進行了FPGA下載測試。在初次測試時發(fā)現(xiàn)，各IP核雖然可以完成功能調(diào)用，但執(zhí)行結(jié)果不穩(wěn)定，測試結(jié)果的最后5～10字節(jié)與標(biāo)準(zhǔn)測試對的結(jié)果不符。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致IP核功能錯誤的原因為IP_bridge在對時鐘進行配置時，會產(chǎn)生時鐘延遲。因此，取消了 IP_bridge的時鐘配置功能，在Qu-artus II 5.0下進行編譯仿真與綜合下載，再次進行FPGA下載測試。測試結(jié)果顯示，各IP核功能均正確無誤。采用選定器件，IP_bridge邏輯資源消耗為 200 LE，最大路徑延遲為16.838 ns。

結(jié) 語

本文在總結(jié)多IP核集成設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，提出了一種IP橋接技術(shù)，用于實現(xiàn)多IP核集成;并以其為指導(dǎo)，基于一個8位SoC系統(tǒng)，具體實現(xiàn)了三個IP核集成。功能仿真與FPGA測試表明該技術(shù)具備實際可行性，且相比較于現(xiàn)有多IP核集成方法，IP橋接技術(shù)具備可有效提高片內(nèi)資源利用率，降低系統(tǒng)功耗與開發(fā)成本等優(yōu)勢;其缺點在于，當(dāng)不同IP核的數(shù)據(jù)接口不一致時，IP_bridge的邏輯設(shè)計會比較復(fù)雜，且不能實現(xiàn)對IP核的變頻時鐘配置。初步分析表明，通過修改IP核的雙端口存儲區(qū)數(shù)據(jù)寫入環(huán)節(jié)，延長數(shù)據(jù)寫入完成至done信號有效這一時間段，可解決這一問題。方法的有效性檢測與具體實現(xiàn)，是筆者下一步工作的重點研究內(nèi)容。

huanghui