基于EDA软件和FPGA的IP核保护技术

2009-08-14 15:28:47来源: 章礼宏 范全润

  1 引言

  随着电路规模不断扩大,以及竞争带来的上市时间的压力,越来越多的电路设计者开始利用设计良好的、经反复验证的电路功能模块来加快设计进程。这些电路功能模块被称为IP(Intellectual Property)核。IP核由相应领域的专业人员设计,并经反复验证。IP核的拥有者可通过出售IP获取利润。利用IP核,设计者只需做很少设计就可实现所需系统。基于IP核的模块化设计可缩短设计周期,提高设计质量。现场可编程门阵列FPGA具有可编程特性,用户根据特定的应用定制电路结构,因此其处理速度大大超过通用处理器。与ASIC相比,FPGA的缺点是在提供灵活的可编程同时,则以芯片的面积、功耗和速度做为代价。

  近年来,单个FPGA实现电路规模不断扩大,设计者可以在单个FPGA上实现一个完整的系统(System on Pro—grammablb Chip,简称SoPC)。IP核的出现为SoPC的设计提供极大便利,利用IP核,设计者通过模块化设计。轻松快速地实现系统复杂的功能。

  当设计者从第三方购买IP,需要一定的保护机制防止设计者在非授权IP核使用,以保护IP核所有者的利益。同时,对于设计者完成的设计,也需要相应的保护机制防止设计被非法复制、窃取或篡改。为此,提出一种结合电子设计自动化(Electronic Design Automation,简称EDA)软件和FPGA的IP核保护机制。通过在EDA工具中加入保护机制防止设计者非授权使用IP核,在FPGA中加入保护机制防止设计被非法复制、窃取或篡改。

  2 EDA软件中实现IP保护

  FPGA的设计开发流程主要包括行为综合、逻辑综合、技术映射和布局布线。一般情况,设计者使用硬件描述语言(如VHDL,Velilog)描述电路,然后由EDA软件对其处理。

  在EDA软件处理流程中,行为综合把算法级或寄存器传输级(Register Transfer Level,简称RTL)的电路描述转换为门级的网表,逻辑综合优化门级网表,技术映射是将优化后的网表映射为FPGA中的具体实现(查找表),布局布线工具则按照一定的评价标准来确定最终的电路单元在FPGA中的位置,并利用连线资源实现电路单元间的连接。

  如果设计者利用第三方提供的IP核实现所需的设计,为了避免设计者窃取IP核后,对其修改,并将其据为已有,需要有相应的安全机制来保护第三方设计的IP核。

  在EDA软件的处理流程中,EDA软件必须能够正确解析设计,才能完成处理,因此设计本身对于EDA软件是公开的。这里假定EDA软件是可信的。具有IP核保护机制的EDA流程如图l所示。第三方设计的IP核要先向EDA软件的开发用户购买RTL级的IP核后,第三方将该IP核先用EDA开发商的公开密钥对该IP核加密,再用设计者提供的公开密钥加密。这样,设计者虽然得到了第三方的IP核,但是并不知道EDA软件开发商的私钥,因此设计者无法知道该IP核中RTL级的描述。

  设计者可将购买的IP核看作功能已知的黑盒子,在利用黑盒子和其他的电路模块完成电路描述之后,设计者将设计导入EDA工具。EDA工具分别利用设计者输入的密钥和EDA开发商的密钥对加密的IP核进行两次解密,从而得到整个设计完整的RTL表示。然后,EDA工具可以对设计进行行为综合、逻辑综合和技术映射,最后生成技术映射后的网表。假定用于综合和技术映射的工具是由某个EDA开发商提供,而FPGA布局布线工具是另外的EDA开发商,例如由FPGA的生产商提供。

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关键字:EDA  FPGA  IP核

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0814/article_689.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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