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(shè)計(jì)、IP(Intellectual Property)核為支撐的SoC[1]已廣泛應(yīng)用于如人工智能、工業(yè)自動(dòng)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(shè)計(jì)依賴于先進(jìn)的工藝和IP復(fù)用技術(shù)，為使不同IP能夠集成于不同片上總線標(biāo)準(zhǔn)從而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與通信，需要相應(yīng)的總線橋來實(shí)現(xiàn)它們之間的交互[2]。

此外，隨著SoC技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)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(shè)計(jì)預(yù)期的工作環(huán)境下能夠正常運(yùn)行，即使在面臨故障或錯(cuò)誤的情況下也能保持安全，是關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備中的一個(gè)重要考慮因素，例如汽車電子系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)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(hù)措施，提供可靠的信息保護(hù)，以確保芯片中存儲(chǔ)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(jī)密性和完整性。

為解決SoC安全問題，針對(duì)如何設(shè)計(jì)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(chǔ)器保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)劃分與隔離和基于安全屬性的訪問控制；曹豪[6]設(shè)計(jì)了一種基于ECC(Error Correction Code)算法和奇偶校驗(yàn)的AXI(Advanced eXtensible Interface)總線保護(hù)機(jī)制，該機(jī)制能夠?qū)XI總線數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。羅宜淺[7]以AXI總線為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了具備功能安全機(jī)制的AXI總線，包括糾錯(cuò)碼算法保護(hù)機(jī)制、硬件冗余機(jī)制和超時(shí)監(jiān)控機(jī)制等；安凱艷[4]基于RISC-V指令集架構(gòu)提出了安全SoC設(shè)計(jì)方案，其將AES(Advanced Encryption Standard)算法模塊集成在AHB總線上，對(duì)系統(tǒng)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)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(gè)訪問控制單元，以確保只有符合總線從設(shè)備訪問權(quán)限的系統(tǒng)主設(shè)備才可以訪問從設(shè)備的寄存器數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，防止從設(shè)備寄存器數(shù)據(jù)被非法訪問和惡意篡改，確保外設(shè)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(mèng)影，王芬芬，馮海英

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