国产安路FPGA（三）－FPGA位流文件加密（DNA方式）

使用TD软件对EG4S20BG256芯片进行DNA方式加密

一、设计概述

TD软件版本：TD5.6.1_56362-64bit
工程 ：PLL_LED
参考工程 : APUG001_基于 FLASH ID与FPGA DNA的FPGA应用加密(fpga_app_flash_ecy——该部分由安路官方提供，包括使用手册)

二、顶层设计模块

module PLL_LED_DNA(

	input clk			,
    input rst_n			,
    
    //output reg led,
    
    output	Cipher_ok	,
	//output  LED			,
	//M25P16
	output	SPI_SCK		,
	output	SPI_nCS		,
	output	SPI_MOSI	,
	input	SPI_MISO	,
	output	SPI_WP		,
	output	SPI_HOLD
);

wire clk_100MHZ;
wire clk_200MHZ;/*synthesis keep=true*/
wire lock;
wire Rst;

wire [63:0] ecy_key=  64'h0102030405060711;

//assign Rst=!lock;
assign Rst=!rst_cnt[26];

reg		[26:0]	rst_cnt;

wire			Ecy_vld;
wire	[63:0]	Flash_id;/*synthesis keep=true*/
wire			Ecy_over;
wire	[63:0]	Key;
wire	[63:0]  Flash_cipher;/*synthesis keep=true*/
wire 			Flash_en;/*synthesis keep=true*/
wire 	[3:0]	Flash_cmd; 
wire 	[23:0]	Flash_addr;
wire 	[8:0]	Flash_len;
	flash status
wire 			Flash_busy;
wire 			Flash_op_over;
	
	flash rw data
wire 			Flash_rd_en;
wire [7:0]		Flash_rd_dout;
wire 			Rd_buf_en;
wire	[7:0]	Flash_rd_buf_din;/*synthesis keep=true*/
/*
always @(posedge clk_100MHZ or negedge rst_n)
begin
	if(!rst_n)
    	led <= 1'd1;
    else
    	led <= 1'd0;
end
*/
always @(posedge clk_200MHZ)
begin
	if(lock)
		if(rst_cnt[26])
			rst_cnt <= rst_cnt;
		else
			rst_cnt <= rst_cnt+1'b1;
	else
		rst_cnt <= 27'd0;
end

pll_50MHZ pll_50MHZ(
		.refclk			(clk),
		.reset			(!rst_n),
		.extlock		(lock),
		.clk0_out		(clk_100MHZ),
        .clk1_out		(clk_200MHZ)
);

ecydcy_con ecydcy(   
    .Clk(clk_200MHZ),
    .Rst(Rst),

	.Ecy_vld(Ecy_vld),
	.Flash_id(Flash_id),
	.Ecy_over(Ecy_over),
	.Key(Key), //ecy_key),
	.Ecy_update_en(Ecy_update_en),
	.Flash_cipher(Flash_cipher),
	
	.Cipher_ok(Cipher_ok),
	
	master cmd
	.Flash_en(Flash_en),
	.Flash_cmd(Flash_cmd),
	.Flash_addr(Flash_addr),
	.Flash_len(Flash_len),
	flash status
	.Flash_busy(Flash_busy),
	.Flash_op_over(Flash_op_over),
	
	flash rw data
	.Flash_rd_en(Flash_rd_en),
	.Flash_rd_dout(Flash_rd_dout),
	.Rd_buf_en(Rd_buf_en),
	.Flash_rd_buf_din(Flash_rd_buf_din)
	);

key key(   
    .Clk(clk_200MHZ),
    .Rst(Rst),
	
	.Ecy_vld(Ecy_vld),
	.Flash_id(Flash_id),
	.Ecy_over(Ecy_over),
	.Key(Key),
	.Ecy_update_en(Ecy_update_en)
	);


flash_rw  flash
(
    .Clk(clk_200MHZ),
    .Rst(Rst),
	
	master cmd
	.Flash_en(Flash_en),
	.Flash_cmd(Flash_cmd),
	.Flash_addr(Flash_addr),
	.Flash_len(Flash_len),
	flash status
	.Flash_busy(Flash_busy),
	.Flash_op_over(Flash_op_over),
	
	flash rw data
	.Flash_rd_en(Flash_rd_en),
	.Flash_rd_dout(Flash_rd_dout),
	.Rd_buf_en(Rd_buf_en),
	.Flash_rd_buf_din(Flash_rd_buf_din),

	.SPI_SCK(clk_vld),
	.SPI_nCS(SPI_nCS),
    .SPI_MOSI_IO0(SPI_MOSI_IO0),
    .SPI_MISO_IO1(SPI_MISO_IO1),
    .SPI_WP_IO2(SPI_WP_IO2),
    .SPI_HOLD_IO3(SPI_HOLD_IO3)
);

endmodule

该部分代码中我是将DEMO中Flash ID和DNA部分直接添加到测试工程中，其中加密号为0102030405060711；

三、根据安路DNA手册（基于 FLASH ID 与 FPGA DNA 的 FPGA 应用加密）

根据安路手册中的操作步骤，需要将TD软件中生成的BIN文件的起始地址进行更改，即将key秘钥进行输入，且仅有64位；

在TD软件中点击Create Flash File后可以对已经生成的bit文件进行合并，在该界面中Address为正常位流文件的地址大小，通过Add File后，需要将刚刚加入秘钥的bin文件添加，同时将Flash地址进行扩展，即Address为0X0009B320，把flash按照4K为单位进行划分，所以起始地址应该以4K进行扩充，即起始地址变为0X0009C000；

然后可以根据读取Flash的结果观察Flash秘钥是否写入，并且符合预期；

四、实测结果

1. 实测步骤1

（1）BIN文件中添加秘钥，采用Notepad++进行二进制查看，但目前未找到能够一次性复制秘钥粘贴的方式，只能一个一个输入；
原BIN文件：

添加秘钥后的BIN文件：

2. 实测步骤2

1. 添加正常的bit流文件
2. 根据地址做出余量
3. 添加已经加好秘钥的BIN文件
   
   并将bit文件和bin文件合并后的bit文件进行存储，选择存储路径，并将该合并后的bit文件以Program Flash的方式固化进板卡中
   
   固化完成之后，需要对板卡进行断电重启后，在进行Flash文件的回读，操作如下：
   

3. 实测步骤3

回读的Flash文件以bin文件的形式进行显示，并采用二进制的方式进行查看，可以看到首地址的前64bit的数据为0102030405060711，即为秘钥；此时FPGA bit文件的加密已经完成；后续将会研究EF2L等系列的AES加密方式