首页> 正文

密码安全USB设备控制器设计与实现研究

2020-11-30阅读(501)

密码安全USB设备控制器设计与实现研究

论文摘要

随着集成电路技术的发展,芯片的规模突飞猛进,系统集成芯片(SoC)技术受到了业界的普遍重视,其发展也是日新月异。USB设备控制器作为SoC芯片中非常重要的外围接口控制器,在PC机和嵌入式系统,特别是在存储设备领域得到了广泛应用。本文在分析、研究USB协议基础上,利用软硬件协同设计方法,从基于高层次综合的IP设计流程出发设计并实现了USB设备控制器IP核——ETI USB。在此基础上,我们着眼于信息保密方面的应用,结合自主研发的8052专用密码芯片集成系统——ETISOC,增加了相关程序驱动和应用软件,设计了一款密码安全USB设备控制器——ETI SecUSB,既具有智能卡能够进行身份认证的优点,又能进行大容量数据硬件加密。本文在研究过程中,有以下几点贡献:1.USB IP核的设计与实现。在系统研究USB协议的基础上,结合软硬件划分技术,以系统安全和高性能密码功能服务为目标,本文完成了USB1.1设备控制器IP核设计,解决了包括串行循环冗余校验技术、串行接口引擎模块、USB收发器宏单元模块等关键技术问题,并且进行了全面的RTL级模拟和FPGA仿真验证,实现了可配置端点数和可配置FIFO容量技术,增强了USB IP核的可伸缩性。2.提出硬件实现USB设备枚举过程的设计方法。该设计将设备枚举过程由传统的软件设计转移到硬件层,采用安全状态控制来实现,减轻了USB设备控制器对MCU的依赖,有效整合了系统资源。3.密码安全模块的设计与实现。结合自主研发的8052专用密码芯片集成系统和COS操作系统,完成了以8052微控制器为密码控制仲裁模块,AES和RSA加速器作为加解密和身份认证模块的密码安全功能设计,具有安全、可靠的密码服务功能。4.ETI SecUSB驱动程序设计。系统分析了Windows内核模式下WDM驱动程序,在对其核心数据结构、驱动实现机制和开发方法简要介绍后,解决了ETI_SecUSB驱动程序软硬件协调与调用关系以及关键例程的实现方法。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题研究背景、目的以及意义
  • 1.2 课题研究的国内外现状
  • 1.3 主要工作
  • 1.4 论文结构
  • 第二章 密码安全USB设备控制器整体结构设计
  • 2.1 USB协议的分析
  • 2.1.1 USB体系结构研究
  • 2.1.2 USB电气特性分析
  • 2.1.3 USB数据结构分析
  • 2.1.4 USB传输模式研究
  • 2.1.5 USB差错检测分析
  • 2.1.6 USB数据编码研究
  • 2.2 USB控制器IP核设计相关理论与技术
  • 2.2.1 SoC设计的关键技术
  • 2.2.2 可编程芯片的系统级集成
  • 2.3 密码安全USB设备控制器体系架构
  • 2.3.1 软硬件划分
  • 2.3.2 系统结构设计
  • 2.3.3 系统功能描述
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 USB设备控制器设计与实现
  • USB结构分析'>3.1 ETIUSB结构分析
  • 3.2 前端收发器电路设计
  • 3.2.1 收发器芯片介绍
  • 3.2.2 收发器电路设计
  • 3.2.3 电源电路设计
  • 3.3 总线接口模块设计
  • 3.3.1 时钟恢复模块
  • 3.3.2 数据的串并转换
  • 3.3.3 SIE状态控制设计
  • 3.3.4 位填充及去填充
  • 3.3.5 数据完整性校验
  • 3.4 端点控制器设计
  • 3.4.1 端点0控制器模块概述
  • 3.4.2 零长数据请求
  • 3.4.3 写数据请求
  • 3.4.4 读数据请求
  • 3.4.5 端点0的状态
  • 3.5 RAM模块设计
  • 3.5.1 RAM接口控制模块
  • 3.5.2 RAM存储模块
  • 3.6 功能接口和功能模块设计
  • USB功能接口'>3.6.1 ETIUSB功能接口
  • 3.6.2 功能模块设计
  • USB枚举'>3.6.3 硬件实现ETIUSB枚举
  • 3.6.4 安全状态机设计
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 密码安全体系结构设计与实现
  • 4.1 密码安全模块总体设计
  • 4.2 硬件部分分析与设计
  • 8052微控制器'>4.2.1 ETI8052微控制器
  • 4.2.2 密码算法加速器
  • 4.2.3 存储器
  • 4.2.4 输入输出接口
  • 4.2.5 IP桥设计
  • 4.3 软件部分分析与研究
  • 4.3.1 总体结构研究
  • 4.3.2 COS系统安全机制研究
  • 4.4 功能设计
  • 4.4.1 系统文件结构设计
  • 4.4.2 主机和设备的相互认证
  • 4.5 安全性分析
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 驱动程序设计与实现
  • 5.1 Windows驱动程序分层
  • 5.2 驱动程序的核心数据结构
  • 5.2.1 驱动程序对象
  • 5.2.2 设备对象
  • 5.2.3 I/O请求包
  • 5.2.4 设备扩展
  • 5.3 设备驱动程序的设计与实现
  • SecUSB驱动与应用程序接口'>5.3.1 ETISecUSB驱动与应用程序接口
  • SecUSB驱动主程序体'>5.3.2 ETISecUSB驱动主程序体
  • 5.3.3 驱动与硬件设备接口
  • 5.4 驱动程序的调试与安装
  • 5.4.1 驱动程序的编译和调试
  • 5.4.2 驱动程序的安装和卸载
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 系统仿真与功能测试
  • 6.1 系统开发概述
  • 6.1.1 系统开发语言和环境
  • 6.1.2 系统开发流程
  • 6.2 IP核的仿真测试
  • 6.2.1 Modelsim仿真
  • 6.2.2 Synplify综合
  • 6.3 系统仿真验证
  • 6.3.1 FPGA验证平台介绍
  • 6.3.2 使能信号检测
  • 6.3.3 串口辅助测试
  • 6.3.4 密码安全模块测试
  • 6.4 本章小节
  • SecUSB开机登录应用'>第七章 基于ETISecUSB开机登录应用
  • 7.1 Windows开机登录系统概述
  • 7.1.1 Windows系统本地登录流程
  • 7.1.2 Winlogon的职责
  • 7.1.3 GINA的功能
  • 7.1.4 Winlogon与GINA的交互原理
  • SecUSB的Windows开机登录设计与实现'>7.2 基于ETISecUSB的Windows开机登录设计与实现
  • 7.2.1 系统设计方案
  • 7.2.2 核心函数具体实现
  • 7.3 系统安全增强技术分析
  • 7.3.1 消息拦截技术
  • 7.3.2 SAS的处理
  • 7.3.3 心跳检测技术
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 总结与展望
  • 8.1 工作总结
  • 8.2 进一步设想
  • 参考文献
  • 附录A USB设备枚举过程
  • 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].基于USB总线的微型车床开放式数控系统研究与设计[J]. 机床与液压 2020(01)
    • [2].基于USB通信的FPGA高速数据采集系统研究[J]. 装备维修技术 2020(02)
    • [3].基于USB的频率特性测试仪的设计[J]. 吉林化工学院学报 2016(01)
    • [4].一种小型化高可靠USB测控应答机的设计与实现[J]. 信息通信 2016(03)
    • [5].基于USB的虚拟示波器设计[J]. 数字技术与应用 2016(08)
    • [6].高解析喷码机中的USB数据传输系统[J]. 电子设计工程 2015(01)
    • [7].一种基于USB的视频传输系统设计[J]. 电脑知识与技术 2017(14)
    • [8].基于FPGA和USB的多通道超声检测系统设计[J]. 仪表技术与传感器 2017(08)
    • [9].USB通信技术在测控领域中的应用探讨[J]. 数字技术与应用 2016(12)
    • [10].基于FPGA和USB的数据采集系统设计[J]. 世界科技研究与发展 2010(01)
    • [11].基于USB内窥镜的航空发动机孔探教学系统[J]. 课程教育研究 2016(09)
    • [12].基于USB的数据通信系统的研究[J]. 黑龙江科技信息 2014(07)
    • [13].USB虚拟串口通信实现[J]. 电子科技 2014(03)
    • [14].基于USB隧道的文件传输技术设计[J]. 信息化研究 2014(02)
    • [15].USB编程器在电视机存储器维修中的应用[J]. 黔南民族师范学院学报 2012(04)
    • [16].基于USB和FPGA的多功能等效器设计[J]. 电视技术 2012(23)
    • [17].基于USB的伺服电机的通信研究[J]. 电脑知识与技术 2010(18)
    • [18].一种基于USB的高速数据采集系统硬件设计[J]. 科技广场 2010(08)
    • [19].基于USB的数字电位器的控制[J]. 电测与仪表 2009(10)
    • [20].汽车行驶记录仪USB接口的设计与实现[J]. 电脑与电信 2009(12)
    • [21].USB技术在超声波测距系统中的应用[J]. 仪表技术 2008(12)
    • [22].基于USB和FPGA实现的高速光子符合仪[J]. 电子测量技术 2008(12)
    • [23].基于USB接口的全自动热量计的设计及实现[J]. 仪器仪表学报 2008(06)
    • [24].基于USB接口的虚拟逻辑分析仪的设计[J]. 机电工程 2008(06)
    • [25].USB接口海量存储指令分析[J]. 机电产品开发与创新 2008(03)
    • [26].基于USB接口的便携式温度记录仪的相关探讨[J]. 科技资讯 2017(17)
    • [27].USB端口驱动半导体制冷制热能效研究[J]. 质量探索 2016(01)
    • [28].新款自行车存储动能 通过USB端对手机充电[J]. 工业设计 2013(05)
    • [29].USB闪存驱动器在蓝牙耳机中的应用研究[J]. 办公自动化 2014(19)
    • [30].基于USB的数据采集系统设计[J]. 机械工程与自动化 2014(06)

    标签：;  ;  ;  ;  

    密码安全USB设备控制器设计与实现研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5