安全通信系统的FPGA实现

　　服务器端构建基于MicroBlaze处理器和Xilkernel操作系统的嵌入式系统，通过扩展PS2键盘，LCD液晶显示屏等设备，实现具有良好的人机交互接口的系统。Xilkernel操作系统支持多线程操作，通过配置一些参数就可以灵活应用。虽然其没有网络系统，但可以通过移植LwIP协议栈就可以实现基于SOCKET的网络通信。

　　应用程序的设计主要包括系统的初始化、系统对客户端请求的处理、网络安全监测及报警等。系统的初始化主要针对外设的初始化，LCD初始化工作：允许中断函数microblaze_enable_interrupts()，初始化函数LCD INIT_LCD()，PS2 键盘初始化：初始化键盘函数init_kbd()，允许中断函数enable_interrupt()，系统调用xilkernel_main()进入xilkernel，创建socket_thread。初始化lwip，并创建socket_app_thread。该线程主要是针对网络参数设定，通过IP4_ADDR()函数设定ip、网关、子网掩码。

　　当系统运行时，液晶显示相关信息，当出现等待键盘输入密钥时，输入16个字符密钥，同时对密钥进行密钥确认。系统调用socket()函数创建socket，调用listen()函数开始监听。

　　一旦接收到用户请求时就创建socket_process_thread线程。在socket_process_thread线程中，提取IP数据包的相关信息，首先检查客户端发送的ID是否在授权ID列表之内，如果ID无误，将从无线模块接收到的数据进行AES加密，发送加密过后的数据给客户端。如果ID有错误，提取其收到IP数据包中的IP，并启用GSM模块，将提得的IP通过短信发送给指定接收端。

　　整个服务器端的软件设计流程图如图5图所示。

图5 服务器端软件流程图

　　系统客户端实现

　　客户端的系统构建与服务器端相似，系统的原理可以参考服务器端的系统设计。应用程序的设计也包括系统的初始化，客户请求的处理及解密处理，服务器端返回的信息处理。初始化外设，LCD初始化：允许中断函数microblaze_enable_interrupts()，初始化LCD函数INIT_LCD()，PS2 键盘初始化：初始化键盘函数init_kbd()，允许中断函数enable_interrupt()。系统调用xilkernel_main()进入xilkernel，创建socket_thread。液晶显示等待键盘输入密钥，输入密钥后需再次确认密钥，确认成功后启动客户端。初始化LwIP，并创建socket_app_thread。配置网络参数，通过IP4_ADDR()函数设定ip、网关、子网掩码。等待用户按键，提出所要数据申请。调用socket()函数创建socket，连接server，发送经过md5加密后的授权ID，等待server响应。.当接收到server返回的数据时，调用AES解密模块进行解密。在LCD上显示数据，并等待用户再次提出所要数据申请。客户端软件流程图如图3-4图所示。

　　结论

　　该系统采用FPGA平台构建基于Microblaze软核和Xilkernel操作系统的嵌入式系统。本文主要对下述内容进行了论述和自主开发：

　　1．AES加解密算法的原理介绍及基于FPGA的硬件自主实现。

　　2．构建基于Microblaze软核和Xilkernel操作系统的嵌入式系统，自定制外设接口IP。

　　3．网络安全检测的实现及通过GSM网络报警机制的设计与实现。

　　经过单元测试和整体评测，各模块独立运行功能良好，均达到系统设计要求。系统整体测试运行平稳，可靠性强。完全可以达到实际应用的性能及技术要求。