论文摘要
随着Flash存储技术的迅速发展，大容量Flash存储设备控制器设计的研究已成为重要的科研领域。同时，由于Flash存储器的物理特性，在政府、国防等安全部门的应用不断推广，因此，就必须考虑数据存储的安全性问题。对此，本文提出了芯片级基于IDE接口具有加／解密功能的Flash控制器——ATA Flash硬盘加密控制器。 论文首先阐述了ATA Flash硬盘加密控制器体系的总体设计思路，给出整体设计的结构图，对组成控制器的各部分所实现的主要功能进行介绍，并探讨了设计中所涉及的基于有限域密码算法。然后，通过细致讨论ATA／ATAPI协议，提出由命令解析、传输控制和数据缓存三个部分构成的IDE接口控制器设计方案，并详细描述了这三个部分的硬件实现过程。在此基础上，论文着重分析了NANDFlash文件系统的核心部分文件传输转换控制层(FTL)的设计方案。总结现有FTL的主要解决方法：页地址映射和段地址映射，结合两者设计思想，提出了可重配置文件传输转换控制层的设计：将存储空间划分为簇、区域、段和帧四个单元，建立起应用层的逻辑空间到控制层的虚拟空间及虚拟空间到Flash存储器的物理空间的映射关系，根据映射表和存储空间的状态对设备存储进行管理。通过实验，讨论了簇、区域、段的参数设置对文件系统产生的影响，选择出适于ATAFlash硬盘工作环境的文件系统参数值。在成功实现IDE接口控制器和Flash文件系统设计之后，根据Flash存储介质传输特性，文章设计出Flash硬盘接口控制器，完成ATA Flash硬盘控制器主体设计。 在安全存储体系设计方面，论文先设计出基于Rijndeal AES算法硬件实现的加密核，为数据安全存储提供了基本保证。运用化简运算，优化编程等思想提高加密核的处理速率；利用FPGA芯片进行测试，验证其设计的合理性。之后，文章采用智能卡身份认证系统，确保使用者的合法性，完善了安全体系的设计。 最后，文章对本文的研究工作做出总结并指出今后进一步研究的方向。
论文目录
摘要ABSTRACT第一章 绪论第二章 ATA Flash硬盘加密控制器体系和有限域加密算法2.1 ATA Flash硬盘加密控制器体系2.2 ATA Flash硬盘加密控制器中各部分功能2.3 有限域相关理论2.3.1 群和域的概念m）及其表示'>2.3.2 特征为2的域GF（2m）及其表示m）中的元素在多项式基表示下的运算'>2.3.3 GF（2m）中的元素在多项式基表示下的运算2.4 基于有限域的密码算法和体制2.4.1 AES第三章 IDE接口控制器设计3.1 IDE电气接口特性3.2 时序特性3.2.1 PIO数据传输3.2.2 多字数据DMA3.2.3 Ultra DMA传输3.3 IDE接口控制器的设计与实现3.3.1 ATA协议命令解析模块3.3.1.1 命令块寄存器组存储3.3.1.2 ATA命令集3.3.1.3 地址转换3.3.2 传输控制模块3.3.2.1 IDE设备响应信号控制模块3.3.2.2 传输管理模块3.3.3 数据传输缓存模块3.4 本章小结第四章 NAND Flash文件系统的研究与设计4.1 NAND Flash存储特性4.2 Flash文件系统4.2.1 一般Flash文件系统的结构和功能4.2.2 文件传输控制层的功能4.2.3 基于IDE接口Flash硬盘控制的FFS的结构4.3 NAND Flash文件传输转换控制层的设计4.3.1 常见的FTL设计4.3.2 可重配置NAND Flash文件转换控制层设计4.3.2.1 FTL的总体结构设计4.3.2.2 簇,区域,段和帧4.3.2.3 映射表的设计4.3.2.4 FTL在主存储区空间的资源占用4.3.2.5 FTL对flash存储器的管理机制4.3.2.6 基于簇的读操作4.3.2.7 基于簇的写操作4.3.2.8 簇大小对空间回收操作的影响4.4 在IDE接口主机环境下参数设置的影响4.5.1 簇大小对文件系统的影响4.5.2 区域大小对文件系统的影响4.5.3 段大小对文件系统的影响4.6 本章小节第五章 安全存储体系和Flash硬盘接口控制器的设计5.1 Rijndeal AES算法设计5.1.1 算法的加密过程5.1.2 密钥扩展5.1.3 AES解密5.2 加密核的实现5.2.1 加密过程的实现5.2.2 数据在加密过程中的转换5.2.3 密钥扩展的实现5.2.4 解密过程的实现5.2.5 加密核运算性能测试5.3 Flash硬盘接口控制器设计与实现5.4 身份认证5.5 本章小结第六章 总结与展望参考文献硕士论文研究期间所发表的论文致谢
相关论文文献
标签：控制器论文; 有限域论文; 接口控制器论文; 可重配置文件传输控制层论文;
