数据加密在FPGA系统中的设计

论文摘要

随着微电子技术的不断发展,基于FPGA技术的片上系统（SOC,System OnChip）设计逐渐成为嵌入式系统发展的新方向。它作为一种介于通用处理器和ASIC之间的全新计算解决方案具有设计方式灵活,开发周期短,软硬件在系统可编程,系统可裁减,可扩充,可升级等诸多优点,因而在信息安全、计算机视觉以及移动通讯等领域具有广阔的应用前景。本文以FPGA技术为基础,提出了一种基于统一硬件任务接口的嵌入式系统设计方法。并在Xilinx Virtex-ⅡFPGA上,针对数据加密计算设计并验证了一种通用的加密任务接口。具体完成了以下工作:首先,简要介绍了片上系统的概念和发展,重点介绍了Virtex-ⅡPro FPGA相关的基础知识和开发设计流程。第二,介绍了统一硬件任务接口的概念,分析了软硬件任务之间的区别。设计了一种通用的加密任务接口用于加密任务的状态控制。第三,对DES加密算法进行了介绍,并在所设计的通用加密任务接口的基础上,对DES加密进行了系统设计和功能实现。第四,对AES加密算法进行了介绍,在所设计的通用加密任务接口的基础上,对AES加密进行了系统设计和功能实现。通过对两种加密算法的FPGA实现以及与软件加密的性能比较,统一加密任务接口的功能得到了验证,同时FPGA技术在计算密集型应用中的加速优势得到了一定的体现。

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ABSTRACT

第一章引言

1.1 研究背景

1.2 FPGA技术的发展与研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA介绍及其开发

2.1 VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA的结构及特点

2.2 POWERPC405处理器硬核简介

2.3 POWERPC405与外设连接结构介绍

2.4 开发流程

2.4.1 系统描述文件

2.4.2 开发流程概述

2.5 开发工具

2.5.1 开发工具概述

2.5.2 ISE开发工具

2.5.3 EDK开发工具

2.6 本章小结

第三章统一硬件任务接口

3.1 统一硬件任务接口基础

3.1.1 硬件任务与软件任务

3.1.2 混合任务

3.2 统一硬件任务接口设计

3.3 统一加密任务接口设计

3.3.1 数据加密基础

3.3.2 加密任务接口的设计

3.4 本章小结

第四章 DES加密在FPGA中的实现

4.1 DES加密算法

4.1.1 DES算法简介

4.1.2 DES算法原理

4.2 DES加密任务接口

4.2.1 DES Core

4.2.2 DES接口映射

4.3 DES仿真

4.4 DES加密的验证与实现

4.4.1 验证系统结构

4.4.2 DES加密的实现

4.5 加密结果及分析

4.6 本章小结

第五章 AES加密在FPGA中的实现

5.1 AES加密算法

5.1.1 AES算法简介

5.1.2 AES算法原理

5.2 AES加密任务接口

5.2.1 AES Core

5.2.2 AES接口映射

5.3 AES仿真

5.4 AES加密的验证与实现

5.4.1 验证系统结构

5.4.2 AES加密的实现

5.5 加密结果及分析

5.6 本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

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