[發明專利]一種基于CPCI主控的1-Wire通信系統及方法

有效

• 申請號: 201610704503.6
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN107770228B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 陸琦;周桂法;路向陽;肖家博;唐軍;周學勛;蔣國濤;全清華;任懋華;張泰然
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 張文娟;朱繪

本發明公開了一種基于CPCI主控的1?Wire通信系統及方法，該系統與加密芯片通信，包括CPU主控板、指令解析器和1?Wire主控制器，其中，CPU主控板，其配置為分配針對1?Wire主控制器的地址空間，并經由CPCI總線加載各種指令至指令解析器；指令解析器，其配置為解析各種指令，生成1?Wire主控制器需要的時序控制信號；1?Wire主控制器，其配置為根據時序控制信號，響應CPU主控板加載的各種指令，生成1?Wire總線需要的各種時序控制信號，完成與加密芯片的通信。本發明能夠實現系統內無CPU處理器的單板與1?Wire加密芯片的通信功能，進而利用FPGA加密系統來保護設計。

技術領域

本發明涉及列車通信技術領域，尤其涉及一種基于CPCI主控的1-Wire通信系統及方法。

背景技術

隨著列車高速化、安全化和舒適化的發展，越來越多的狀態信息、控制信息和診斷信息等需要在機車車輛之間、各電氣設備之間相互傳輸。

目前FPGA的應用越來越廣泛，多數單板也都有FPGA程序，這就帶來了FPGA設計的產權保護問題。眾所周知，FPGA的工作原理是在系統上電時將片外PROM中的BIT數據流加載到片內的SRAM中，完成對FPGA的編程，從而實現不同功能，也叫可重構技術，但是只要監測FPGA加載管腳的數據流就可實現對FPGA功能設計的復制。因此非常有必要采用加密的技術來保護設計者的知識產權。比如美國Dallas公司生產的DS28E01就是一款采用1-Wire總線的加密產品。

單總線(1-Wire Bus)技術采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，因而這種單總線技術具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴展和維護等優點。加密芯片采用1-Wire總線串行傳送數據，提供它和被加密器件之間的安全認證。其中用到的SHA-1算法是一種單向密碼體制，它通過直接構造復雜的非線性關系達到從明文到密文的不可逆映射，具有“防碰撞”以及良好的“雪崩效應”，防止了盜竊者利用相似的輸入來達到破解密碼的可能性。

圖2為加密FPGA系統框架圖，如圖2所示，加密芯片通過1-Wire總線和FPGA相連，FPGA內嵌一個SHA-1引擎和加密芯片握手。引擎中攜帶有和加密芯片相同的密鑰，這是由用戶預先配置好的。具體的加密工作原理如下：FPGA中的SHA-1引擎產生一個隨機數，通過1-Wire總線發送給加密芯片；FPGA的SHA-1引擎通過1-Wire總線讀取加密芯片的器件序列號；加密芯片利用僅僅對用戶開放的密鑰、器件序列號、隨機數、附加常數等通過SHA-1算法來產生一個160位的MAC值。同時FPGA中的SHA-1引擎此時也利用相同的信息通過SHA-1計算來得到相同的160位MAC值；FPGA中的SHA-1引擎通過1-Wire總線讀取加密芯片計算出來的160位MAC值；在FPGA的SHA-1引擎中比較兩個160位的MAC值，如果相同則用戶設計功能被打開。按照這樣的過程只有SHA-1引擎中的密鑰和加密芯片中的密鑰完全相同時，用戶設計才會開放，這樣就可完成對用戶設計的IP產權保護。在競爭日益強烈的今天，利用FPGA加密系統來保護知識產權，為公司產品搶占市場先機是必由之路。

一般的單板上都自帶有CPU處理器，且CPU的本地總線與1-Wire主控制器的控制接口比較類似，都有地址/數據線、片選、讀寫信號等，只需要對時序做較小的調整，按照傳統的方法來實現通信不是太復雜，但是像IO類的單板上沒有CPU和其他處理器，無法通過本地總線加載指令來控制FPGA內的1-Wire主控制器，因此無法實現與1-Wire加密芯片的通信功能，不能利用FPGA加密系統來保護設計。

因此，亟需設計一種方案來實現系統內無CPU處理器的單板與1-Wire加密芯片的通信功能，能利用FPGA加密系統來保護設計。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是需要提供一種能夠實現系統內無CPU處理器的單板與1-Wire加密芯片的通信功能，進而利用FPGA加密系統來保護設計的方案。