非接触CPU卡的设计与验证

论文摘要

如今,IC卡作为一种包含数据存储和处理功能的消费类产品,已经广泛应用于人们的社会生活中。目前我们可以看出未来IC卡的发展包含以下几个趋势:首先非接触式卡由于便捷的使用,将逐步取代目前的许多传统式接触式卡应用,而可能成为未来IC卡的主流。其次,结合非接触接口,大容量存储器,CPU构架和安全算法的IC卡将是未来IC卡发展的一个方向,从而使IC卡能够实现在金融,身份识别等高端应用领域的应用,如电子护照,二代身份证,银行卡等。本文将主要研究一种非接触式接口,基于8051MCU架构的CPU卡。通过设计一种有效的芯片架构,使得能够在原有的基础上加快设计开发的周期。本论文重点分析了芯片的安全模块实现方法,在具体设计上增加硬件DES协处理器,高低频时钟检测以及防DPA攻击安全模块。此外,本文还针对CPU卡设计过程中的部分低功耗设计进行了详细描述,提出了在本芯片设计上从架构设计到模块设计上所使用的一些低功耗设计方法。最后,我们还简单描述了芯片的验证测试方法与流程。并总结了芯片的最终测试结果。本芯片最终采用了SMIC 0.35um 2P3M EEPROM的CMOS工艺实现,芯片的最终测试结果说明该CPU卡芯片已经达到了预期的设计目标,为我们随后进一步提高CPU卡性能提供了一定的基础。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 非接触CPU卡的介绍
• 1.2 非接触CPU卡的应用发展
• 1.3 本文研究的目标与内容
• 第二章 芯片介绍
• 2.1 架构设计
• 2.2 总线设计
• 2.2.1 存储器地址分配
• 2.2.2 外设总线结构
• 2.2.3 MCU总线切换
• 2.3 时钟设计
• 2.4 复位设计
• 2.5 芯片信息
• 2.6 本章小结
• 第三章 安全机制设计
• 3.1 概述
• 3.2 DES模块
• 3.2.1 DES加密算法介绍
• 3.2.2 DES模块的设计
• 3.3 频率检测
• 3.3.1 故障攻击技术介绍
• 3.3.2 频率检测模块的设计
• 3.4 防DPA模块
• 3.4.1 功耗分析技术介绍
• 3.4.2 防DPA模块的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 低功耗设计
• 4.1 CMOS电路功耗分析
• 4.2 CMOS电路低功耗设计
• 4.3 本芯片的低功耗策略
• 4.3.1 系统架构
• 4.3.2 模块电路
• 4.4 本章小结
• 第五章 验证与测试
• 5.1 FPGA功能验证
• 5.2 芯片测试
• 4.3.1 测试方法
• 4.3.2 测试结果
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢