激光测距子系统改进SOC设计方案及安全性研究

论文摘要

快轨电车在城市交通系统中发挥着重要的作用。在快轨电车所经路段中,有些地段的路基由于特殊的地理构造而存在安全隐患,从安全的角度考虑,对这些特殊地段的实时监测就显得尤为重要。激光测距系统所具有的非接触、远距离测量的特点恰好为这种实时监测提供了一种最佳解决方案。然而,传统的由分立元件组成接收机的激光测距系统存在体积大、精度差、设计调试困难、无标准接口以及开发成本高等多方面的不足。针对这些情况,从实际市场需求等方面出发,论文提出了一种基于FPGA的激光测距子系统的设计方案,该方案采用ChrisRowen提出的改进的SOC设计思想,克服了传统SOC设计方法所面临的设计周期长、成本高、灵活性差等方面的不足,开发成本也相对较低,为激光测距子系统的实际设计提供了一种可行的解决方案。随着性能的不断提高,FPGA已经在很多不同的领域中超出了原型设计工具的范畴,成为了整个系统的一部分。而且,FPGA中的配置数据通常代表了整个系统知识产权的重要部分。然而,由于对FPGA设计部分的保护不当,使得非法复制等现象非常严重。我们开发激光测距系统同样面临着安全性的问题,而认证是解决FPGA设计安全性问题的最佳方案之一。采用1-Wire接口、内置SHA-1引擎的DS2432安全存储芯片以其较高的性价比而被广泛应用于外设的鉴别及防窜改、存储器认证等不同领域,本论文通过DS2432同FPGA间的通信,详细论述了对DS2432内存的操作及密钥的修改等,在此基础上,提出了一种基于DS2432的安全认证设计,该设计具有设计简单、安全性高的特点,为基于FPGA的激光测距子系统的知识产权保护提供了一种低成本、高可靠性的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 技术现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 论文的研究内容
• 1.5 论文的安排
• 第2章 为何采用改进SOC的设计方案
• 2.1 SOC的概念及特点
• 2.1.1 SOC的由来及其发展
• 2.1.2 SOC的优势
• 2.2 SOC的关键技术
• 2.3 SOC的设计流程
• 2.4 SOC遇到的挑战
• 2.5 改进型SOC设计流程
• 2.6 基于FPGA的SOC设计
• 2.7 总结
• 第3章 基于改进SOC的激光测距子系统的方案设计
• 3.1 激光测距基本原理概述
• 3.2 激光测距系统的构成
• 3.3 改进SOC激光测距子系统的设计方案
• 3.4 系统时钟及检相计算
• 3.4.1 系统时钟
• 3.4.2 检相及计算
• 3.5 控制单元
• 3.6 通信接口
• 3.6.1 通信接口的设计
• 3.6.2 通信接口的验证
• 3.7 显示单元
• 3.7.1 显示单元的设计
• 3.7.2 显示功能的验证
• 3.8 小结
• 第4章 设计的安全性研究
• 4.1 引言
• 4.2 SHA-1算法
• 4.3 1-Wire协议
• 4.4 DS2432与认证
• 4.5 FPGA与DS2432间的通信
• 4.6 应用DS2432实现安全认证的设计
• 4.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢
• 研究生履历