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FPGA系统远程安全升级的设计与实现

作　者: 赵龙辉
导　师: 陈新华
学　校: 山东科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: FPGA 远程安全升级 U-boot MD5 AES
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 75次
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内容摘要

使用FPGA进行电子系统设计不仅可以根据市场需求快速的设计生产概念型产品来占据市场,同时还可以根据市场需求的变化及时的更新产品特性与性能来增强产品的竞争力。再加上FPGA制造成本的不断下降,使得基于FPGA设计实现的电子系统越来越多的出现在电子产品市场中。FPGA的可配置性为产品设计的重构与更新提供了可行性,然而面对众多已分散销售的产品更新却不再有实验室调试时的条件。目前各大FPGA器件厂商已经提出并实现了各自FPGA产品远程配置的概念与技术,但是这些特性仅是针对很少部分的特定FPGA器件。面对设计中应用比较广泛的FPGA器件尚未有相关特性与技术的支持。所以,针对通用的FPGA器件如何实现FPGA系统的远程升级成为FPGA产品设计中的一个突出问题,同时面对各种形式的市场竞争,在FPGA系统远程升级中保证各个方面的安全性也是必须考虑的问题。本文根据这一现状,设计实现了FPGA系统远程安全升级的SoPC系统原型。并在此原型基础上,实现与远程升级数据服务器的链接认证及系统软硬件升级的数据更新。此SoPC系统原型以方便在FPGA系统中的集成为目标,在不明显增加系统逻辑资源占用的前提下,增加FPGA系统的远程安全升级功能。以Avalon总线规范集成NiosII软核处理器及相应的存储器控制接口以及网络接口,同时针对远程升级中安全问题,提出数据加解密的硬件密钥采用硬件存储时序控制读写的方法。系统软件实现以Uboot为基础,实现了升级数据包的MD5数字认证及AES加解密处理。课题研究的系统基于DE2-70开发平台进行实现验证,完成了FPGA的综合与软件的编译下载调试。通过U-boot中的ftp客户端,提交认证信息,获取远程升级数据包,顺利完成系统的远程升级。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1. 绪论  12-19
  1.1 课题研究的背景和意义  12-15
  1.2 国内外研究现状  15-17
  1.3 研究的主要内容  17
  1.4 论文组织结构安排  17-19
2. 系统整体结构功能  19-22
  2.1 系统结构及工作原理  19-21
  2.2 设计的主要创新点  21-22
3. 系统的硬件结构设计  22-45
  3.1 硬件平台介绍  22-24
  3.2 远程升级系统硬件结构  24-25
  3.3 SoPC系统通用IP的集成  25-38
  3.4 安全升级硬件密钥的存储控制  38-40
  3.5 SoPC系统地址空间分配  40-41
  3.6 SoPC系统的FPGA综合  41-45
4. 系统的软件结构设计  45-65
  4.1 开发软件介绍  45-49
  4.2 远程安全升级软件结构  49-53
  4.3 U-Boot的移植  53-55
  4.4 数字认证算法实现  55-59
  4.5 加解密算法实现  59-63
  4.6 FPGA系统与远程服务器的网络连接  63-65
5. 系统测试  65-68
  5.1 测试平台  65
  5.2 测试结果  65-68
6. 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
攻读硕士期间的主要成果  73

FPGA系统远程安全升级的设计与实现

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