[发明专利]基于APB总线的硬件加密UART装置

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统安全通信领域，具体来说是一个挂载在APB总线上的带有硬件加密功能的UART装置。

背景技术

UART是目前广泛使用的一种通用串行数据接口，应用范围极其广泛,例如计算机外设、工业控制等场合。UART的作用是，它既可以接收外围设备的串行数据输入，并转换成计算机内部所需的并行数据，也可以把计算机内部的并行数据转换成串行数据，并发送给外围设备。对于串行数据传输速率要求不高的设备，使用UART进行串行通信是一种性价比较高的设计方案。

传统普通UART一般由总线接口部分、控制部分、接收器、发送器和波特率发生器组成，其中接收器和发送器部分可以是双缓冲结构，总线接口部分可以为APB总线从机结构，例如附图1所示结构。

在一些嵌入式系统通信领域，如信息安全卡，军事领域，通信安全非常重要，传统UART只能明文传输数据，不能达到安全通信的使用要求。对此有一种解决方法是先用软件加密数据，然后再将加密后的数据通过UART发送，接收方接收数据后也需要用相应软件对数据进行解密得到明文，这就对软件编程提出了要求，加大了软件开发难度。

发明内容

为了克服已有UART装置的安全性较差、卡发难度较大、实用性较差的不足，本发明提供一种硬件资源简单、具有良好的安全性和易用性的基于APB总线的硬件加密UART装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于APB总线的硬件加密UART装置，所述硬件加密UART装置包括：

APB总线接口模块，包括一根中断申请信号以及AMBAAPB总线定义的所有信号线，负责与APB主机通信，将APB总线上传来的要发送的明文数据交给硬件加密模块，负责将硬件解密模块传来的接收到的数据打包传到APB总线上。

UART总线接口模块，包括用以接收RXD与发送TXD两根信号线，支持与其他UART主机通信；每帧数据有起始位、5到8位的数据位和可选择的奇偶校验位以及1~2位的停止位，其中，起始位为低电平，停止位为高电平；

硬件加密模块，用以接收来自APB总线接口模块的明文数据与加密密钥，明文宽度为8位，根据密钥与明文输出8位加密数据；

解密模块，根据8位加密数据与APB总线接口模块送来的密钥生成8位明文数据；

硬件加密模块与解密模块在APB总线接口模块与UART总线接口模块之间。

进一步，所述加密模块配合一个8位2选1多路选择器，如果使能加密模块，则由控制信号控制选通发送密文数据到UART总线接口模，如果不使能加密模块，则密钥无效，由控制信号控制选通发送明文数据到UART总线接口模块；

所述解密模块配合一个8位2选1多路选择器，如果使能解密模块，则由控制信号控制选通解密后数据到APB总线接口模块，如果不使能解密模，则密钥无效，由控制信号选通直接接收到的数据到APB总线接口模块。

本发明的有益效果主要表现在：硬件资源简单、具有良好的安全性和易用性。

附图说明

图1为基于APB总线的传统UART装置模块图。

图2为基于APB总线的硬件加密UART装置的模块图。

图3为APB总线写数据时序图

图4为APB总线读数据时序图

图5为UART传输数据帧格式的示意图。

图6为UART采样接收数据的时序图。

图7为一种硬件加密模块设计的原理图。

图8为一种硬件解密模块设计的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图2～图8，一种基于APB总线的硬件加密UART装置，包含APB总线模块1，UART总线模块2，硬件加密模块3，硬件解密模块4，控制模块5，加密模块8位2选1多路选择器6，解密模块8位2选1多路选择器7。

APB总线接口模块1拥有一根中断申请信号以及AMBAAPB总线定义的所有信号线，负责与APB主机通信，将APB总线上传来的控制命令与要发送的明文数据交给UART控制模块5和硬件加密模块3，负责将控制模块5的状态信号与硬件解密模块4传来的接收到的数据打包传到APB总线上。

中断申请信号在没有中断请求时保持低电平，当发生中断请求时保持高电平。

下面结合图3、图4简要描述APB总线读写具体工作原理，具体可参见ARM公司AMBA总线规范。