FPGA片上系统的无线保密通信终端

引言

利用软件实施加密算法已经成为实时安全通信系统的重要瓶颈。标准的商品化CPU和DSP无法跟上数据加密算法的计算速度要求。此外，CPU和DSP需要完成太多的其他任务。基于FPGA高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力，并且可以达到所要求的加密处理性能基准[1].然而如果仅使用FPGA可编程VHDL来实现的话，系统就不够灵活，升级困难，况且实现起来有很大的难度，本系统以AES加密算法为例，使用Xilinx SPARTAN 3E为开发平台，以xilinx的嵌入式软核microblaze为主控制器，调用FPGA的硬件VHDL编程实现的AES加解密和控制CC2420来实现高速有效的数据通信。

系统设计思想

本设计使用硬件描述语言VHDL在FPGA数字逻辑层面上实现AES加解密，为了系统的扩展性和构建良好的人机交互，设计通过PS/2键盘输入加密密钥，并将其显示在LCD上。在软核MicroBlaze上，通过SPI总线读写FIFO和RAM控制射频芯片CC2420，使系统具有信道选择、地址识别、自动CRC校验功能，使系统更加安全、通信误码率更低。

数据帧结构设计

为了更好的提高本系统数据的传输率，在官方zigbee的数据帧格式基础上做了修改。采用如表5-2所示的数据帧格式。数据帧发送时，CC2420自动在数据包的开始处加上前导码和帧起始分隔符在数据包末尾加CRC检验。

表1 数据帧结构