基于MSP430的加密熔斷器設計

作者：時間：2011-10-13 來源：網(wǎng)絡

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引言

MSP430系列單片機是德州儀器(TI)公司推出的一款16位超低功耗單片機。它能夠在1.8～3.6 V電壓、1 MHz頻率的條件下運行，耗電電流在0.1～400μA。在運算速度上，MSP430系列單片機能在8 MHz晶振的驅動下，實現(xiàn)125 ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、125 ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法(如FFT等)。

在整合方面，MSP430系列單片機將大量的CPU外圍模塊集成在片內(nèi)，有如下一些模塊：看門狗(WDT)、模擬比較器、串口、硬件乘法器、液晶驅動器、10位／12位／14位ADC、端口0～6、基本定時器。其中定時器A、B均帶有多個捕獲／比較寄存器，同時可實現(xiàn)多路PWM輸出；模擬比較器與定時器配合，可方便地實現(xiàn)ADC；液晶驅動多達160筆段；硬件ADC模塊在小于10 μs的速率下實現(xiàn)10～14位的高速、高精度轉換，同時提供采樣／保持與參考電壓；端口0、1、2能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入。

MSP430系列單片機的開發(fā)調(diào)試有多種技術方案，其中以JTAG和BOOTSTRAP(簡稱“BSL”)方式最為方便。對于Flash型的MSP430單片機初期開發(fā)進行的仿真，只需要1臺PC機和1個JTAG控制器即可實現(xiàn)。進入產(chǎn)品級開發(fā)階段，為了保護用戶代碼，燒斷Flash的保護熔絲以后就無法再通過JTAG口訪問單片機，這時用戶對Flash中的程序再進行檢查或更新就只能通過BOOT-STRAP進行。不用擔心用戶代碼會泄露，BOOTSTRAP提供了32字節(jié)256位的密碼保護，能完全確保代碼的安全性。

1 熔斷加密原理

MSP430系列單片機采用JTAG(實際上稱為IEEE1149.1或邊界掃描)接口技術，實現(xiàn)對單片機全部存儲器的訪問，包括程序Flash、ROM、RAM，并可對其進行擦除、讀寫。它能用于程序的下載，監(jiān)測程序使用情況和各個變量與寄存器的使用情況，并可對其進行修改。JTAG接口需要4根信號線、地線和電源線。

JTAG接口為程序的調(diào)試、仿真及監(jiān)控帶來了很大的方便，大大提高了編程效率，縮短了開發(fā)周期；但在程序測試完成轉換為產(chǎn)品推向市場時，就必須對程序代碼進行加密處理，防止程序代碼的泄漏。JTAG接口的安全性很差，只要符合JTAG標準的控制器就可以將程序代碼讀出，所以必須禁止JTAG功能。對于MSP430系列單片機，禁止JTAG功能的途徑是將單片機內(nèi)部的加密保險絲熔斷，熔斷后的單片機就無法再使用JTAG功能，從而達到加密程序代碼的目的。

MSP430系列單片機在上電復位時會通過TDI／TCLK端對保險絲進行檢測，當保險絲完好時，在TDI／TCLK和地之間會有1 mA的電流流過。保險絲檢測出現(xiàn)在上電復位以后TMS端的第一個下降沿上，在第二個下降沿上會解除保險絲的檢測，直到下一次的上電復位再進行保險絲檢測，即在每一次的上電復位都會對保險絲進行檢測。保險絲檢測電流只有在保險絲檢測方式時才會流過TDI／TCLK端，當檢測不到保險絲電流時，JTAG功能就會失效，且這種加密方式是硬件方式的加密，一旦保險絲熔斷，JTAG功能就永久失效了，無法再通過JTAG口訪問單片機，從而保證了單片機內(nèi)代碼的安全。

2 熔斷加密的時序及方法

MSP430單片機保險絲的熔斷必須在特定的條件下進行。

簡單地將6.5 V電壓加在TDI／TCLK端上時，是無法熔斷保險絲的，必須在一定的時序及指令下才可以完成。下面是熔斷保險絲所需的指令及時序：

　　IR_SHIFT(“IR_CNTRL_SIG_16BIT”)為切換JTAG進入16位數(shù)據(jù)接收模式；DR_SHIFT_IN(0x7201)為將TDO信號切換為TDI功能，TDI信號釋放，為接入熔斷電壓Vpp作準備；IR_SHIFT(“IR_PREPARE_BLOW”)為設置MSP430進入保險絲熔斷方式；MsDelay(1)為延時1 ms，同時連接熔斷電壓Vpp至TDI信號端；TR_SHIFT(“IR_BX_BLOW”)為執(zhí)行保險絲熔斷；MeDelay(1)為延時1ms，同時斷開TDI端的熔斷電壓Vpp，TDI信號端切換回TDI功能，JATG狀態(tài)機復位。保險絲加密熔斷完成。

3 熔斷加密器的設計與實現(xiàn)

熔斷加密器可以實現(xiàn)對MSP430 Flash單片機的編程、燒熔絲和BSL下載?？梢赃x擇編程后是否熔斷芯片內(nèi)熔絲，進行加密；可自行設置密碼，徹底保護芯片內(nèi)容；可進行完全擦除編程和保留編程，通過BSL方式讀出目標CPU內(nèi)的代碼。

　　熔斷加密器的硬件采用了MSP430F1111A作為系統(tǒng)芯片，實現(xiàn)對目標JTAG口的通信控制、熔斷電壓Vpp的加載與分離、目標MSP430單片機中保險絲熔斷指令的控制。在電源部分，熔斷電壓Vpp及100 mA的熔斷電流是在7806三端穩(wěn)壓芯片與地之間串接二極管IN4001來實現(xiàn)的；熔斷電壓Vpp的加載與分離通過繼電器的通斷來實現(xiàn)，并使用了3個LED分別指示目標單片機保險絲未熔斷、正在熔斷及已熔斷的狀態(tài)。

　　軟件部分是通過C語言來實現(xiàn)熔絲加密器與目標單片機之間的數(shù)據(jù)通信及指令控制的。

　以下為加密熔斷器主程序：