[發(fā)明專利]一種指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011096724.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN112256633A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙昀昊;陳志堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F15/82
• 分類號(hào): G06F15/82;G06F15/78;G06F9/30
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

1.一種指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

密碼配置模塊，用于在處理器流水線空閑時(shí)接收總線寫入的密碼算法配置信息，并在配置信息完備后，啟動(dòng)處理器的流水線；

內(nèi)部存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)處理器流水線中的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)或中間數(shù)據(jù)，包括內(nèi)部指令存儲(chǔ)器和寄存器堆；所述內(nèi)部指令存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)相應(yīng)加解密算法配置的指令序列，可以更改配置；所述寄存器堆，由32個(gè)128位寄存器構(gòu)成，具有2個(gè)讀口和1個(gè)寫口，且都可以操作變長(zhǎng)連續(xù)寄存器，其讀寫兼顧相關(guān)性和優(yōu)先級(jí)；

處理器流水線模塊，用于完成密碼算法的執(zhí)行，所述處理器流水線模塊包括：

取指模塊，接收密碼配置模塊傳來(lái)的密碼算法及模式信息，從內(nèi)部指令存儲(chǔ)器中相應(yīng)地地址開始獲取指令，執(zhí)行指令序列遞增或是接收分支跳轉(zhuǎn)模塊的有效地址，并把指令傳輸給譯碼級(jí)；

譯碼模塊，接收取指模塊傳來(lái)的有效指令及有效信號(hào)，依據(jù)定制指令的編碼方式進(jìn)行譯碼，讀取寄存器堆的數(shù)據(jù)，并將執(zhí)行模塊、執(zhí)行功能、執(zhí)行數(shù)據(jù)等傳入下一級(jí)執(zhí)行級(jí)，或是接收回寫級(jí)各執(zhí)行模塊傳回的有效回寫數(shù)據(jù)，并執(zhí)行寄存器堆的回寫；

運(yùn)算集成模塊接收由譯碼模塊傳來(lái)的有效執(zhí)行信號(hào)和執(zhí)行數(shù)據(jù)，根據(jù)指令操作執(zhí)行相應(yīng)的加解密運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送入回寫級(jí)；

分支跳轉(zhuǎn)模塊根據(jù)譯碼模塊傳來(lái)的判斷模式選擇信號(hào)，判斷是否發(fā)生跳轉(zhuǎn)，并將計(jì)算跳轉(zhuǎn)目的PC值傳給取指模塊，根據(jù)執(zhí)行模式選擇信號(hào)，判斷是否回寫，并將回寫數(shù)據(jù)傳入回寫級(jí)；

數(shù)據(jù)存取模塊根據(jù)譯碼模塊傳來(lái)的讀寫選擇信號(hào)，向片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，根據(jù)地址自增信號(hào)，將自增后地址送入回寫級(jí)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器流水線模塊根據(jù)面向中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)商用密碼算法的定制指令集進(jìn)行取指、譯碼和執(zhí)行操作。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述定制指令集包括密碼運(yùn)算指令、數(shù)據(jù)存取指令和分支跳轉(zhuǎn)指令。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述指令集長(zhǎng)度為32位，第31至第30位代表指令類型，01代表密碼運(yùn)算指令，10代表分支跳轉(zhuǎn)指令，11代表數(shù)據(jù)存取指令；其中，

對(duì)于密碼運(yùn)算指令，第24至21位為運(yùn)算操作選擇，第20至16位為目的寄存器，第15至10位為源寄存器0，第10至6位為源寄存器1；最低6位為立即數(shù)；

對(duì)于分支跳轉(zhuǎn)指令，第29至27位為分支跳轉(zhuǎn)條件，第26至25為比較方式和操作，第20至16位和低6位組成分支跳轉(zhuǎn)絕對(duì)地址或相對(duì)地址，第15至10位為源寄存器0，第10至6位可為源寄存器1，也可與第23至21位組成立即數(shù)；

對(duì)于數(shù)據(jù)存取指令，第29位為讀寫選擇，第24位為地址自增選擇，第23至21位為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，第15至10位為源寄存器0；當(dāng)指令為讀取數(shù)據(jù)時(shí)，第20至16位為目的寄存器，低11位為基址偏移量；當(dāng)指令為寫入數(shù)據(jù)時(shí)，第10至6位為源寄存器1，第20至16位和低6位組成基址偏移量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器流水線包括：取指、譯碼、執(zhí)行和回寫。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5之一所述的指令驅(qū)動(dòng)的商用密碼專用處理器系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算集成模塊包含數(shù)據(jù)前饋通路，用于所述譯碼模塊寄存器取值的相關(guān)性依據(jù)和數(shù)據(jù)選擇。