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发表于 2011-10-16 23:07:38
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本帖最后由 id1563662788 于 2011-10-16 23:34 编辑
基于LX9构建文件保密系统
因工作较忙，调试时间不是很长，试用报告可能有不够详尽的地方，非常抱歉，也请多多包涵~。
本次试用主要是了解LX9设计情况，并尝试将LX9构建成一个文件加解密设备，通过串口（原拟用网口，但因时间关系，选用了较简单的串口）完成文件的加解密：加密时，明文和密钥由计算机送给LX9，LX9送密文给计算机；解密时，密文和密钥由计算机送给LX9，LX9将明文送回电脑。
为了简单起见，LX9所谓的加解密只准备进行与固定数据0xEE的异或操作，暂不实现密钥的传递过程。
1 结构框图
2 LX9硬件平台准备
这次试用尽量实现已有资源，硬件平台以AVS6LX9MBHP311_XPS_13_2_01为基础进行精简，去除不需要的模块。用XPS打开AVS6LX9MBHP311_XPS_13_2_01工程，查看原始模块，如下图所示。
1）去除不需要的模块，如Ethernet_MAC，DIP_Switches_4bit，SPI_FLASH，axi_timer_0等，保留LEDs_4Bits作为状态显示备用灯，最终模块结构如下图所示。
2）修改约束文件，打开system.ucf文件，如下图所示：
删除其中5~26行、32~37行，53~56行，即删除不用模块的约束信息。
3）生成需要的网表和bit文件。选择HARDWARE菜单，执行clean hardware命令。选择HARDWARE菜单，执行generate netlist命令，xps开始产生网表文件，不过产生过程中出现如下错误：
在C盘建立TEMP文件夹，重新执行generate netlist命令。漫长的等待。。。。。。后产生netlist完毕，执行hardware菜单generate bitstream命令，继续等待。。。。。。。产生bitstream完毕。
至此简单的硬件平台准备完毕，选择菜单project，执行export hardware design to SDK，点击export&launch SDK，导出硬件信息，开始进行软件设计。
3 LX9软件设计
Xps sdk软件初始界面如图所示。
选择菜单file—new—Xilinx C project，建立新的软件工程，设置如下图所示。
点击finish，建立软件工程。
注意上面使用Hello world 模板，可以方便测试整个平台是否正常工作。
设置串口调试助手，如下图所示。
端口号的选择在设备管理器里面查看Silinon Labs CP210X USB TO UART Bridge对应的数字，波特率与XPS 中 USB_UART中的设置对应。
执行generate linker script，方法如下图。
具体设置如图所示，设置完成后点击generate即可。
执行xilinx tools 菜单下Program FPGA 命令，设置如下所示。
FPGA编程完成后，内部程序自动执行，串口调试助手显示出hello world，说明平台工作正常。
修改helloworld.c，使其满足设计要求。修改过程简述如下：
加入引用头文件：
#include "xparameters.h"
#include "xuartlite.h"
#include "xgpio.h"
定义变量：
XUartLite ptrUart;
u8 ibuff[10];
u8 obuff[10];
XGpio ptrGpio;
u32 loop_cnt;
init_platform()下一行加入如下程序语句：
XUartLite_Initialize(&ptrUart, XPAR_USB_UART_DEVICE_ID);
XUartLite_ResetFifos(&ptrUart);
XGpio_Initialize(&ptrGpio,XPAR_LEDS_4BITS_DEVICE_ID);
XGpio_SetDataDirection (&ptrGpio,1,0);
loop_cnt = 0;
while(1)
{
loop_cnt ++ ;
loop_cnt = loop_cnt%0x3FFFF;
if(XUartLite_Recv(&ptrUart,ibuff,1)==1)
{
obuff[0] = ibuff[0] ^ 0xee;
XUartLite_Send(&ptrUart,obuff,1);
}
if(loop_cnt>0x20000)
{
XGpio_DiscreteClear(&ptrGpio,1,0x1);
}else{
XGpio_DiscreteSet(&ptrGpio,1,0x1);
}
}
修改完成后保存文件，xps SDK自动编译。
右键点击encrypt项目，修改编译配置为release版本，如下图所示。重新编译，生成release版本的encrypt.elf程序。
4 LX9固件程序生成及FLASH编程
回到XPS界面，将生成的release/encrypt.elf加入project，如下图所示。
选择菜单device configuration，执行命令update bitstream，生成download.bit文件，该文件为合并了硬件平台信息和block ram软件信息的文件。
将download.bit写入spi_flash中，具体过程见
U70_Avnet_Spartan-6_LX9_MicroBoard_Configuration_Guide_v1_3。
5 计算机软件设计
计算机程序暂时设计得比较简单，就是一个简要的串口收发程序，软件界面如下所示。
其中第一个选择按钮为选择输入文件：加密时为明文文件，解密时为密文文件，该文件选择后，输出路径和输出文件为自动设置；第二个选择按钮设置输出文件及路径，可以不进行设置使用默认值。
因为软件比较简单，这里不做详细说明。
6 测试及结果
用ultraedit产生一个全F文件（文件名f.bin）进行测试。下图为f.bin文件内容。
下图为计算机软件设置。
下图为输出的f_out.bin内容。
下图为解密设置。
下图为解密后禅师的f_out_out.bin文件内容。
可见，可以完成预定的功能。
下面测试一个文本文件，文件名为t.txt，内容如下：
仍然以二进制形式查看，如下所示：
明文：
密文：
解密后：
很奇怪，解密后二进制对照正确，但二进制后面文本不对，不过以文本形式查看还是正确的，如下：
下面，对一个图片加密，文件名image.jpg，图片如下所示。
这里，直接进行加密和解密，然后使用ultraedit进行二进制对比，如下所示：
对比结果虽然正确，但是这次加/解密也充分体现了串口的慢速，136K的文件，加密和解密总共用时约7分钟，可见速度之慢（如下图，通过解密后文件与加密后文件的创建时间，可以大致推出加密和解密时间）。
7 试用结论及感触
本次试用，因为和工作有冲突，测试不是很全面，感觉有些遗憾。另外也耽搁了时间，非常抱歉。
就技术方面来说，本次试用设计的这个东西还有不完善的地方，个人认为主要有：
1、 结构不是最好的。就LX9而言，如果要实现本文的功能，最好还是用网口，速度快，可以满足大文件加密要求。
2、 算法比较简单。如果时间允许，将aes或者其他公开算法或者个人设计的算法放进去，对个人文件进行加密，才能更安全的保密个人信息。
3、 本文开头提出的认证过程没有实际实现，这样每个人都可以用LX9进行加/解密，达不到安全保密的目的。
最后，非常感谢avnet提供这次机会给我试用LX9，LX9是个个头小巧功能也挺强大的板子，对进行原型设计很有参考价值。
提交试用报告的同时，同时提交了FLASH数据文件download.mcs，计算机软件程序RS232.EXE和几个测试文件，有兴趣的可以自己试验一下。 |
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