中文引用格式： 劉夢影，王芬芬，馮海英. 基于ARM 架構(gòu)的安全總線橋設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應用，2024，50(11)：47-53.
英文引用格式： Liu Mengying，Wang Fenfen，F(xiàn)eng Haiying. Design and implementation of a secure bus bridge based on ARM architecture[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(11)：47-53.
引言
隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，以軟硬件協(xié)同設計、IP(Intellectual Property)核為支撐的SoC[1]已廣泛應用于如人工智能、工業(yè)自動化、新能源汽車和醫(yī)療健康等領(lǐng)域。超大規(guī)模集成電路設計依賴于先進的工藝和IP復用技術(shù)，為使不同IP能夠集成于不同片上總線標準從而進行數(shù)據(jù)交換與通信，需要相應的總線橋來實現(xiàn)它們之間的交互[2]。
此外，隨著SoC技術(shù)的應用領(lǐng)域不斷擴大，SoC系統(tǒng)面臨著各種威脅[3]，如物理攻擊、軟件攻擊、邏輯攻擊等[4]，因而，芯片安全問題也越來越突出。芯片的安全主要可劃分為芯片功能安全和信息數(shù)據(jù)安全。功能安全是指確保芯片在其設計預期的工作環(huán)境下能夠正常運行，即使在面臨故障或錯誤的情況下也能保持安全，是關(guān)鍵系統(tǒng)和設備中的一個重要考慮因素，例如汽車電子系統(tǒng)、醫(yī)療設備等。芯片的信息數(shù)據(jù)安全主要指防止非法惡意的訪問、篡改或泄露芯片內(nèi)部的重要或敏感數(shù)據(jù)，通過不易破解的物理障礙、密鑰管理等防護措施，提供可靠的信息保護，以確保芯片中存儲的重要敏感數(shù)據(jù)不能夠被非法獲取或受到惡意攻擊，保證數(shù)據(jù)的機密性和完整性。
為解決SoC安全問題，針對如何設計更安全可靠的芯片，許多研究提出了相關(guān)方案。王瑞蛟[5]在SoC系統(tǒng)中集成了存儲器保護單元，實現(xiàn)了對外部存儲器的動態(tài)劃分與隔離和基于安全屬性的訪問控制；曹豪[6]設計了一種基于ECC(Error Correction Code)算法和奇偶校驗的AXI(Advanced eXtensible Interface)總線保護機制，該機制能夠?qū)XI總線數(shù)據(jù)進行檢錯和糾錯。羅宜淺[7]以AXI總線為研究對象，設計并驗證了具備功能安全機制的AXI總線，包括糾錯碼算法保護機制、硬件冗余機制和超時監(jiān)控機制等；安凱艷[4]基于RISC-V指令集架構(gòu)提出了安全SoC設計方案，其將AES(Advanced Encryption Standard)算法模塊集成在AHB總線上，對系統(tǒng)敏感數(shù)據(jù)進行加密和解密。
提高IP接口的安全也是提高系統(tǒng)安全的一種解決措施，本文設計的安全總線橋是在系統(tǒng)橋接電路與總線接口處集成一個訪問控制單元，以確保只有符合總線從設備訪問權(quán)限的系統(tǒng)主設備才可以訪問從設備的寄存器數(shù)據(jù)并對其進行讀寫操作，防止從設備寄存器數(shù)據(jù)被非法訪問和惡意篡改，確保外設能夠正常工作，提高SoC系統(tǒng)安全性。
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作者信息：
劉夢影，王芬芬，馮海英
（中科芯集成電路有限公司，江蘇 無錫 214072）
