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基于PCI总线加密卡硬件设计
摘要：介绍基于PCI总线加密卡的硬件组成部分。该加密卡汲取了现代先进的加密思想，实现了高强度加密功能。关键词：加密卡 PCI总线 PCI9052 ISP 单片机
加密是对软件进行保护的一种有效手段。从加密技术的发展历程及发展趋势来看，加密可大体划分为软加密和硬加密两种。硬加密的典型产品是使用并口的软件狗，它的缺点是端口地址固定，容易被逻辑分析仪或仿真软件跟踪，并且还占用了有限的并口资源。笔者设计的基于ＰＣＩ总线的加密卡具有以下几个优点：第一，ＰＣＩ总线是当今计算机使用的主流标准总线，具有丰富的硬件资源，因此不易受资源环境限制；第二，ＰＣＩ设备配置空间采用自动配置方式，反跟踪能力强；第三，在ＰＣＩ扩展卡上易于实现先进的加密算法。
１ 总体设计方案
基于ＰＣＩ总线的加密卡插在计算机的ＰＣＩ总线插槽上（５Ｖ ３２Ｂｉｔ连接器），主处理器通过与加密卡通信，获取密钥及其它数据。加密卡的工作过程和工作原理是：系统动态分配给加密卡４字节Ｉ／Ｏ空间，被加密软件通过驱动程序访问该Ｉ／Ｏ空间；加密卡收到访问命令后，通过ＰＣＩ专用接口芯片，把ＰＣＩ总线访问时序转化为本地总线访问时序；本地总线信号经过转换处理后，与单片机相连，按约定的通信协议与单片机通信。上述过程实现了主处理器对加密卡的访问操作。
图1 硬件总体设计方案
下面以主处理器对加密卡进行写操作为例，阐述具体的实现方法。加密卡采用ＰＬＸ公司的ＰＣＩ９０５２作为ＰＣＩ总线周期与本地总线周期进行转换的接口芯片。ＰＣＩ９０５２作为ＰＣＩ总线从设备，又充当了本地总线主设备，对其配置可通过ＥＥＰＲＯＭ ９３ＬＣ４６Ｂ实现。主处理器对加密卡进行写操作，ＰＣＩ９０５２把ＰＣＩ总线时序转化为８位本地数据总线写操作。这８位本地数据总线通过Ｌａｔｔｉｃｅ公司的ｉｓｐＬＳＩ２０６４与单片机ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０口相连，２０６４完成ＰＣＩ９０５２本地总线与ＡＴ８９Ｃ５１之间的数据传输、握手信号转换控制等功能。２０６４对８位本地数据总线写操作进行处理，产生中断信号。该中断信号与ＡＴ８９Ｃ５１的ＩＮＴ０＃相连，使ＡＴ８９Ｃ５１产生中断。ＡＴ８９Ｃ５１产生中断后，检测与其Ｐ２口相连的本地读写信号ＷＲ＃、ＲＤ＃、ＬＷ／Ｒ＃。当ＷＲ＃为低电平、ＬＷ／Ｒ＃为高电平时，ＡＴ８９Ｃ５１判断目前的操作是否为写操作。确认是写操作后，ＡＴ８９Ｃ５１把Ｐ０口上的８位数据取下来，然后用ＲＤＹ５１＃（经２０６４转换后）通知ＰＣＩ９０５２的ＬＲＤＹｉ＃，表明自己已经把当前的８位数据取走，可以继续下面的工作。ＰＣＩ９０５２收到ＬＲＤＹｉ＃有效后，结束当前的８位数据写操作。ＰＣＩ总线的一次３２位数据写操作，ＰＣＩ９０５２本地总线需要四次８位数据写操作，通过字节使能ＬＢＥ１＃、ＬＢＥ０＃区分当前的８位数据是第几个字节有效。
加密卡硬件总体设计方案如图１所示。
２ 硬件各组成部分说明
２．１ ＰＣＩ９０５２部分
ＰＣＩ９０５２是ＰＣＩ总线专用接口芯片，采用ＣＭＯＳ工艺，１６０引脚ＰＱＦＰ封装，符合ＰＣＩ总线标准２．１版。其总线接口信号与ＰＣＩ总线信号位置对应，因此可直接相连，易于ＰＣＢ实现。ＰＣＩ９０５２的最大数
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