面向存储器完整性验证的Cache设计

论文摘要

如今,电脑病毒不再仅仅威胁X86架构的系统平台,而是逐渐向嵌入式系统进军,手机上安装瑞星等杀毒软件也不是什么新鲜事。然而病毒在一天天发展,而相应的病毒防范技术却没有突破性的进展。当今手机病毒现已层出不穷,但单一靠杀毒软件进行预防存在很大的局限性:滞后性,占用有限的CPU资源。所以现如今基于硬件的病毒防护架构正被世人所关注。本文便是针对这一设想进行存储器的完整性安全校验机制的设计。本文首先讨论了存储器的完整性校验的原理,并提出初步设计方案。该方案的2大核心部分是Cache和AES-GCM模块,而本文完成的工作就是其中Cache模块的设计。然后讨论了Cache的原理、结构和参数,并重点阐述了各个参数对Cache性能的影响。本文将Cache分为2个部分分别来设计:主体部分和接口部分。这样设计的原因是,只需对接口部分进行修改便可将该Cache IP移植到任何系统平台上。对于主体部分设计重点研究了参数的选取、状态机的设计和PLRU替换算法的实现。对于接口部分重点讨论了IPIC总线标准中的3种传输模式的协议与时序。再将上述Cache的2大部分进行拼接,并完成功能仿真。最后,将Cache制定为IP核导入到EDK工程中完成综合及FPGA实现,并在真实的系统平台中验证其逻辑功能正确与否。验证结果表明,所完成的设计与预定目标一致。本文的主要工作在于不仅仅停留在Cache的功能仿真上,还完成将其制定成为IP核,可添加到实际的PowerPC平台上使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 2 存储器完整性验证机制原理及CACHE 的原理和结构
• 2.1 存储器完整性验证机制的原理
• 2.2 CACHE 的工作原理
• 2.3 CACHE 的工作流程
• 2.4 本章小结
• 3 CACHE 中主体部分的设计与仿真
• 3.1 CACHE 主要设计参数
• 3.2 CACHE 模块的设计及功能仿真
• 3.3 针对HASH CACHE 的特殊替换算法的研究
• 3.4 本章小结
• 4 CACHE IP 中接口部分的设计与仿真
• 4.1 POWERPC 平台中支持的总线标准
• 4.2 IPIC 总线标准
• 4.3 PLB21PIC 转换模块
• 4.4 CACHE 中IPIC 接口模块的设计及功能仿真
• 4.5 本章小结
• 5 CACHE 的硬件实现与FPGA 验证
• 5.1 CACHE 整体功能仿真
• 5.2 CACHE 的硬件实现
• 5.3 FPGA 功能验证
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献