基于CycloneII和MSP430的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密實(shí)現(xiàn)

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由單片機(jī)，FPGA和El接121等組成，如圖3所示。單片機(jī)用于輸入用戶初始密鑰；FPGA負(fù)責(zé)密鑰流產(chǎn)生以及加解密；E1接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收，完成HDB3碼和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)通信接口單元和協(xié)議數(shù)據(jù)處理單元之間的全雙工通信。

　　由于通信鏈路采用E1標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部數(shù)據(jù)鏈路接121采用E1接口，選用接口器件DS21348。DS21348支持El和T1線接口單元，通過寄存器設(shè)置選擇E1線接口單元。DS21348可配置為硬件模式，完成HDB3到TTL、TTL到HDB3的電平轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)信號(hào)格式轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)幀處理。該系統(tǒng)可并行處理兩路數(shù)據(jù)，一路加密，一路解密，實(shí)現(xiàn)全雙工通信。

　　由于TI公司的MSP430系列微處理器平臺(tái)具有低功耗和小體積等特點(diǎn)，適合便攜式應(yīng)用場合，所以單片機(jī)采用MSP430系列，并通過SPI接口實(shí)現(xiàn)與FPGA的數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)外接一鍵盤，用于輸入初始密鑰?？紤]到用戶輸入密鑰位數(shù)不能很多，可設(shè)置簡短的密鑰，并在單片機(jī)內(nèi)部擴(kuò)展至算法所需的位數(shù)，然后通過單片機(jī)SPI接口傳送至FGPA。SPI接口共4條信號(hào)線：串行時(shí)鐘(SCK)，主機(jī)輸出／從機(jī)輸入(MOSI)，主機(jī)輸入／從機(jī)輸出(MISO)，從機(jī)片選(SS)。SPI接口可配置為主或從模式。設(shè)計(jì)配置為主模式。當(dāng)單片機(jī)向FPGA傳輸命令或數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用SPIO模式。當(dāng)片選信號(hào)丙拉低，在每個(gè)時(shí)鐘(SCK)的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，無需FPGA向單片機(jī)輸人數(shù)據(jù)，所以不使用MISO數(shù)據(jù)線。片選信號(hào)SS與FP-CA的RAM的使能相連，控制數(shù)據(jù)讀入。當(dāng)用戶輸人初始密鑰后，經(jīng)過數(shù)據(jù)擴(kuò)展，與算法選擇數(shù)據(jù)通過SPI接口傳送至FPGA。SPI接口時(shí)序如圖4所示。

　　FPGA采用CycloneII系列中的EP20F256C6，該器件是低成本架構(gòu)FPGA，可提供多達(dá)18 752個(gè)邏輯單元．152個(gè)用戶IO，239 616 bit的存儲(chǔ)位，密度超過CycloneI FPGA的3倍，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。CycloneII FPGA內(nèi)部的邏輯資源可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用。CycloneII器件采用的低成本串行配置器件，這種串行配置器件最大可提供64 Mbit的nash存儲(chǔ)器。所以，采用EP20F256C6可高效完成系統(tǒng)核心算法，有效節(jié)約成本。其內(nèi)部算法由VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)。主要程序模塊：加解密算法模塊(A5／1和W7)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、同步產(chǎn)生模塊、同步檢測模塊。加密和解密各有一套獨(dú)立的模塊集合。其中A5／1算法模塊的VHDL代碼如下：