基于EDA軟件和FPGA的IP核保護(hù)技術(shù)
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隨著電路規(guī)模不斷擴(kuò)大，以及競爭帶來的上市時間的壓力，越來越多的電路設(shè)計者開始利用設(shè)計良好的、經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證的電路功能模塊來加快設(shè)計進(jìn)程。這些電路功能模塊被稱為IP(Intellectual Property)核。IP核由相應(yīng)領(lǐng)域的專業(yè)人員設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證。IP核的擁有者可通過出售IP獲取利潤。利用IP核，設(shè)計者只需做很少設(shè)計就可實(shí)現(xiàn)所需系統(tǒng)?；贗P核的模塊化設(shè)計可縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量。現(xiàn)場可編程門陣列FPGA具有可編程特性，用戶根據(jù)特定的應(yīng)用定制電路結(jié)構(gòu)，因此其處理速度大大超過通用處理器。與ASIC相比，FPGA的缺點(diǎn)是在提供靈活的可編程同時，則以芯片的面積、功耗和速度做為代價。
近年來，單個FPGA實(shí)現(xiàn)電路規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)計者可以在單個FPGA上實(shí)現(xiàn)一個完整的系統(tǒng)(System on Pro―grammablb Chip，簡稱SoPC)。IP核的出現(xiàn)為SoPC的設(shè)計提供極大便利，利用IP核，設(shè)計者通過模塊化設(shè)計。輕松快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)雜的功能。
當(dāng)設(shè)計者從第三方購買IP，需要一定的保護(hù)機(jī)制防止設(shè)計者在非授權(quán)IP核使用，以保護(hù)IP核所有者的利益。同時，對于設(shè)計者完成的設(shè)計，也需要相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制防止設(shè)計被非法復(fù)制、竊取或篡改。為此，提出一種結(jié)合電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation，簡稱EDA)軟件和FPGA的IP核保護(hù)機(jī)制。通過在EDA工具中加入保護(hù)機(jī)制防止設(shè)計者非授權(quán)使用IP核，在FPGA中加入保護(hù)機(jī)制防止設(shè)計被非法復(fù)制、竊取或篡改。
2 EDA軟件中實(shí)現(xiàn)IP保護(hù)
FPGA的設(shè)計開發(fā)流程主要包括行為綜合、邏輯綜合、技術(shù)映射和布局布線。一般情況，設(shè)計者使用硬件描述語言(如VHDL，Velilog)描述電路，然后由EDA軟件對其處理。
在EDA軟件處理流程中，行為綜合把算法級或寄存器傳輸級(Register Transfer Level，簡稱RTL)的電路描述轉(zhuǎn)換為門級的網(wǎng)表，邏輯綜合優(yōu)化門級網(wǎng)表，技術(shù)映射是將優(yōu)化后的網(wǎng)表映射為FPGA中的具體實(shí)現(xiàn)(查找表)，布局布線工具則按照一定的評價標(biāo)準(zhǔn)來確定最終的電路單元在FPGA中的位置，并利用連線資源實(shí)現(xiàn)電路單元間的連接。
如果設(shè)計者利用第三方提供的IP核實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)計，為了避免設(shè)計者竊取IP核后，對其修改，并將其據(jù)為已有，需要有相應(yīng)的安全機(jī)制來保護(hù)第三方設(shè)計的IP核。
在EDA軟件的處理流程中，EDA軟件必須能夠正確解析設(shè)計，才能完成處理，因此設(shè)計本身對于EDA軟件是公開的。這里假定EDA軟件是可信的。具有IP核保護(hù)機(jī)制的EDA流程如圖l所示。第三方設(shè)計的IP核要先向EDA軟件的開發(fā)用戶購買RTL級的IP核后，第三方將該IP核先用EDA開發(fā)商的公開密鑰對該IP核加密，再用設(shè)計者提供的公開密鑰加密。這樣，設(shè)計者雖然得到了第三方的IP核，但是并不知道EDA軟件開發(fā)商的私鑰，因此設(shè)計者無法知道該IP核中RTL級的描述。
設(shè)計者可將購買的IP核看作功能已知的黑盒子，在利用黑盒子和其他的電路模塊完成電路描述之后，設(shè)計者將設(shè)計導(dǎo)入EDA工具。EDA工具分別利用設(shè)計者輸入的密鑰和EDA開發(fā)商的密鑰對加密的IP核進(jìn)行兩次解密，從而得到整個設(shè)計完整的RTL表示。然后，EDA工具可以對設(shè)計進(jìn)行行為綜合、邏輯綜合和技術(shù)映射，最后生成技術(shù)映射后的網(wǎng)表。假定用于綜合和技術(shù)映射的工具是由某個EDA開發(fā)商提供，而FPGA布局布線工具是另外的EDA開發(fā)商，例如由FPGA的生產(chǎn)商提供。
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