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基于赛灵思Spartan-3E的片上系统无线保密通信终端设计

2020-02-23 10:50发布

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利用软件实施加密算法已经成为实时安全通信系统的重要瓶颈。标准的商品化CPU和DSP无法跟上数据加密算法的计算速度要求。此外，CPU和DSP需要完成太多的其他任务。基于FPGA高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力，并且可以达到所要求的加密处理性能基准[1].然而如果仅使用FPGA可编程VHDL来实现的话，系统就不够灵活，升级困难，况且实现起来有很大的难度，本系统以AES加密算法为例，使用Xilinx SPARTAN 3E为开发平台，以xilinx的嵌入式软核microblaze为主控制器，调用FPGA的硬件VHDL编程实现的AES加解密和控制CC2420来实现高速有效的数据通信。系统设计思想　　本设计使用硬件描述语言VHDL在FPGA数字逻辑层面上实现AES加解密，为了系统的扩展性和构建良好的人机交互，设计通过PS/2键盘输入加密密钥，并将其显示在LCD上。在软核MicroBlaze上，通过SPI总线读写FIFO和RAM控制射频芯片CC2420，使系统具有信道选择、地址识别、自动CRC校验功能，使系统更加安全、通信误码率更低。
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12条回答
RaiseCom
2020-02-23 23:48
该方案充分有效的利用了Spartan 3E的资源，尤其为可编程逻辑和RAM的利用。其中AES加解密中的乘法运算均由LUT查找表来实现，用空间换取时间，获得了很高的算法速度。在AES算法测试时我们发现80%的AES加解密时间都用于密钥扩展算法中，如果能再进一步把算法优化，比如做成流水线的算法模式的话，加解密时间又能减少近20%，即由现在的6.74us减少到略大于5.39us，效率又可以增加很多。　　参考文献：　　[1]AES算法FPGA实现分析，唐金艺，[M] 海军计算技术研究所　　[2]唐明，张焕国，刘树渡等 AES的高性能硬件设计与研究 [M] 武汉大学计算机学院　　[3]赵峰 马迪民 孙伟等 FPGA上的嵌入式设计[M] 2008.4　　[4]佟玉伟 陆浪如 FPGA先进加密算法 (AES) 的并行实现 [M] 交通与计算机 2002.6

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