基于TMS320VC5410的DES加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
結(jié)合運(yùn)算速度，外設(shè)接口以及性價(jià)比等方面的考慮，選用TI公司TMS320VC54x系列16位定點(diǎn)TMS320VC5410型DSP作為實(shí)現(xiàn)DES加密的硬件平臺(tái)。它具有較低的功耗與杰出的性能，時(shí)鐘最高頻率可以達(dá)到100 MHz。另外，TMS320VC5410片上提供了3個(gè)可以設(shè)置為GPIO接口的多通道緩沖串口(McBSP)，這對(duì)外圍設(shè)備接口子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。系統(tǒng)中除TMS320VC5410基本的工作外圍電路如電源晶振模塊、Flash模塊和JT-AG接口模塊以外，還主要包括以下2部分：1)TMS320VC541O與SLE5542型IC卡片的接口模塊，主要用于系統(tǒng)工作時(shí)IC卡向DSP傳送用于數(shù)據(jù)加密的密鑰和卡片存儲(chǔ)的其他一些用戶信息；2)DSP與PC主機(jī)的通信接口模塊，它是DSP與個(gè)人電腦的通信接口，主要用于DSP接收明文數(shù)據(jù)以及將加密后的數(shù)據(jù)反饋至PC機(jī)。
2．1 McBSP簡(jiǎn)介
TMS320VC5410片內(nèi)包含了3個(gè)全雙工的多通道緩沖串口(Multichannel Buffered Serial Ports，McBSP)，分別為McBSP0、McBSPI和McB-SP2。它們可以提供全雙工通信、連續(xù)數(shù)據(jù)流的雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器、接收和發(fā)送獨(dú)立的幀和時(shí)鐘，可以直接和系統(tǒng)中的其他器件接口連接并可以配置為通用IO口。McBSP與外設(shè)的數(shù)據(jù)交換，通過(guò)DX引腳發(fā)送，RX引腳接收。通信的時(shí)鐘與幀信號(hào)由CLKX、CLKR、FSX及FSR引腳來(lái)控制。T-MS320VC5410對(duì)McBSP的控制由2個(gè)16 bit的串口控制寄存器(SPCR[1，2])和引腳控制寄存器(PCR)來(lái)實(shí)現(xiàn)。DSP的CPU或DMA從數(shù)據(jù)接收寄存器(DRR [1，2])讀取接收數(shù)據(jù)；發(fā)送時(shí)，向數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器(DXR[1，2])寫(xiě)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入后通過(guò)傳輸移位寄存器(XSR[1，2])，移位輸出到DX 上。同樣，從DR上接收的數(shù)據(jù)，移位存儲(chǔ)到接收移位寄存器(RSR[1，2])，并復(fù)制到接收緩存寄存器(RBR[1，2])。然后，再由 (RBR[1，2])復(fù)制到DRR[1，2]。DRR[1，2]可以由CPU或DMA讀出。
2．2 DSP與IC卡連接模塊
選用西門(mén)子公司SLE5542型卡片，其引腳定義和功能說(shuō)明如表1所示。它是一種按字節(jié)操作的多存儲(chǔ)器邏輯加密卡，應(yīng)答復(fù)位符合ISO78 16-3標(biāo)準(zhǔn)。該型卡片內(nèi)置了3個(gè)存儲(chǔ)器：32×1 bit的PROM型保護(hù)存儲(chǔ)器、256×1 bit的EEPROM型主存儲(chǔ)器以及32x1 bit的EEPROM型加密存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器可重復(fù)擦除使用，按字節(jié)操作，并分為保護(hù)數(shù)據(jù)區(qū)和應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，讀出均不受限制，但應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的擦除和寫(xiě)入則受加密存儲(chǔ)器中的密碼及密碼計(jì)數(shù)器保護(hù)。
為了提高硬件的利用率和解決DSP片上通用IO口較少的問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將MeBSPI配置為通過(guò)IO口實(shí)現(xiàn)其與IC卡片通信的模塊。由于McB-SP引腳中的DX只能配置用作通用輸出腳，DR只能配置用作通用輸入腳，不方便程序編寫(xiě)對(duì)引腳狀態(tài)控制。所以在DSP對(duì)卡片讀寫(xiě)的硬件電路中選擇了MeBSP1 的FSR1、CLKR1、CLKX1、和FSX1這4個(gè)引腳，它們均可以通過(guò)16位的引腳控制寄存器(PCR)配置為通用I／O引腳。FSR1引腳通過(guò) CD4066開(kāi)關(guān)電源芯片來(lái)控制SLE5542卡片的上電與掉電；由CLKR1連接卡片的RST觸點(diǎn)，卡片復(fù)位時(shí)改變引腳的高低電平狀態(tài)；CLKX1引腳與IC卡片的時(shí)鐘觸點(diǎn)CLK相連，該引腳狀態(tài)的高低變化為卡片正常工作提供時(shí)鐘信號(hào)；FSX1連接卡片數(shù)據(jù)I／O觸點(diǎn)，負(fù)責(zé)DSP與IC卡片之間讀寫(xiě)命令字和用戶有用數(shù)據(jù)的傳送。注意CLKX1和FSX1引腳要接上拉電阻，且FSX1配置的輸入或輸出狀態(tài)要根據(jù)DSP與IC卡之間數(shù)據(jù)流向而定。
為了使McBSP1的相關(guān)引腳工作在系統(tǒng)需求的通用I／O狀態(tài)，首先需要將該串口的控制寄存器SPCR1中的RRST位和SPCR2中的XRST位均設(shè)置為‘O’，使串口復(fù)位，串口操作禁止。然后設(shè)置引腳控制寄存器PCR中的XIOEN和RIOEN為‘1’，使串口的接收和發(fā)送引腳均工作在通用I／0模式；另外將FSRM、CLKXM和CLKRM位均設(shè)置為‘1’，使FSR1、CLKX和CLXR引腳作為通用輸出管腳，將要輸出的值分別存儲(chǔ)在PCR中的FSRP位、CLKXP和CLKRP；對(duì)于FSXM位的設(shè)置，則需要根據(jù)通信時(shí)的具體情況而定。
評(píng)論