实现安全系统内编程功能——Flash FPGA出任“防盗门”

基于PLC和51单片机的安全防盗卷帘门设计随着社会的不断发展，人们安全防护意识逐渐增强，而防盗卷帘门是商场、银行、超市、仓库等场所常见的一种安全设施。

为了保障人们的生命财产安全，针对这种需求，本文基于PLC和51单片机提出了一种新型的安全防盗卷帘门设计方案。

一、设计方案概述本文的设计方案是基于PLC和51单片机的安全防盗卷帘门设计。

PLC是可编程逻辑控制器，它能够对工业现场中的各种自动化设备进行控制。

51单片机则是一种常用的微控制器，具有成本低廉、稳定性高等特点。

将这两种设备结合起来，可以实现安全防盗卷帘门的智能化控制。

本文设计的安全防盗卷帘门主要包括三部分：物理结构、控制系统和报警系统。

物理结构包括卷帘门、传感器等；控制系统包括PLC和51单片机；而报警系统则是用来在发生异常情况时及时警示相关人员。

整个系统具有实时监控、智能控制、实时报警等功能。

二、系统设计详细步骤1. 物理结构设计安全防盗卷帘门的物理结构是整个系统的基础。

首先要设计卷帘门的滚筒、卷帘、轨道等部件，保证其运行平稳、灵活，并且能够起到防盗的作用。

在卷帘门上要安装红外线传感器，用来监测门口的情况。

还可以配备门磁、震动传感器等设备，用来监测门的开关状态以及外部环境是否存在异常。

2. 控制系统设计PLC和51单片机是整个系统的核心部件。

PLC负责对卷帘门的上升和下降进行控制，可以根据需要编写不同的程序，实现自动开关功能。

而51单片机则负责监测各种传感器的状态，并且实时地向上位机发送信号，同时接收来自上位机的指令。

通过这两者的协同工作，可以实现对卷帘门的智能控制。

3. 报警系统设计报警系统是为了在发生异常情况时及时发出警示信号。

可以使用声光报警器，当监测到门口有人或者门被撬动时，立即发出警报。

还可以将报警信号发送给相关安全管理人员，以便他们第一时间做出反应。

三、PLC和51单片机的编程实现1. PLC的程序设计PLC在本设计中起到了关键作用，它负责对卷帘门的运行进行控制。

基于FPGA的电子密码锁设计一、设计要求：1、开锁代码为8位二进制，当输入代码的位数和位值与锁内给定的密码一致，且按规定程序开锁时，方可开锁，并点亮开锁指示灯。

否则，系统进入“错误”状态，并发出报警信号。

2、开锁程序有设计者确定，并要求所内给定的密码可调，且预置方便，保密性好。

3、串行电子密码锁的报警方式是点亮指示灯，并使喇叭鸣叫报警，直到按下复位开关，报警才停止。

此时，电子密码锁又进入等待下一次开锁的状态。

二．设计说明与提示：1.该题目的主要任务是产生一个开锁信号OPEN,而开锁信号的形成条件是，输入代码和已设密码相同。

实现这种功能的电路构思有多种，本题目运用两片8位锁存器，一片存入密码，另一片输入开锁代码，通过比较的方式，若两者相等，则形成开锁信号。

2．在开锁信号产生时，要求输出声，光信号，声音的产生由开锁信号触动扬声器工作，光信号由开锁信号点亮LED指示灯。

3．用按钮开关的第一个动作信号触发一个5秒定时器，若5秒内无开锁信号产生，让扬声器发出特殊音响，以示警告，并输出一个信号推动LED不断闪烁。

三．设计思想：电子密码锁的系统结构框图分成两大部分:控制器和处理器。

整个系统的输入信号有一个时钟脉冲CLK ,输出信号有表示开锁，关锁信号的红灯，绿灯以及报警信号SPEAKER。

控制器中的所有按键按下时均为高电平,即高电平有效。

RW 为“密码设定”信号, OK 为“确定”信号, RED=‘0’GREED=‘1’为开锁信号CNT 表示上一位密码正确时,控制器给出的可进行下一位二进制密码比较的信号,OPEN=‘1’为控制器给出的锁开信号, OPEN=‘0’为控制器给出的密码错误信号。

处理器中有一个计数器,计数器C1用是用来记录从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开（即输入正确密码时间超过5秒），则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

四、设计程序与部分分析：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity lock_m isport(key:in std_logic_vector(7 downto 0);clk,clk1,ok,rw: in std_logic;red,green,speaker,rwled,okrw:out std_logic);end lock_m;architecture behav of lock_m issignal ok1,ok2,ok0,prr,start,pdan,rw1,rin:std_logic :='0';signal sbuf1,sbuf2,keyin:std_logic_vector(7 downto 0):="";signal mmst: std_logic_vector(7 downto 0):="";signal cnt:std_logic_vector(2 downto 0):="000";signal cnt1:std_logic_vector(4 downto 0):="00000";beginprocess(clk) ---定义个存储器将密码存放在keyin中beginif clk'event and clk='1' thenkeyin<=key;end if;end process;prr<=pdan or rw1 or rin or ok;st: process(keyin,prr,ok1) -----第一次修改密码beginif ok1='1' then start<='0';elsif (keyin/="" and prr='0') thenstart<='1';else start<='0';end if;end process;inkey: process(key,start,clk) ----输入密码时间进入记时状态beginif clk'event and clk='1' then ok1<='0';ok2<='0';if start='1' then sbuf1<=keyin; ----将密码放入rom1暂存器中if ok='1' then ok2<='1';elsif cnt="100" then cnt<="000" ;ok1<='1'; --5秒到将cnt值零将ok1值置高else cnt<=cnt+'1';end if ;else cnt<="000";sbuf1<=sbuf1; ----当start=‘1’时cnt永远保持‘0’end if;end if;end process;pandan : process(ok,ok1,ok2,clk,start) ---输入密码用于判断密码是否正确beginif ok2='1' or ok1='1' then pdan<='1'; ------开锁信号elsif clk'event and clk='1' thenif pdan='1' thenif cnt1="10011" thenpdan<='0'; --20秒后判断结束，进入等待外部输入状态elsecnt1<=cnt1+'1';end if;elsecnt1<="00000"; ---等待状态时cnt1一直为‘0’end if;end if;end process;comp: process(pdan,rw1,sbuf1,mmst,rin,clk1) -----显示程序beginif pdan='1' then ------开锁信号密码正确if sbuf1=mmst then -----红灯灭，绿灯亮red<='0';green<='1';rwled<='0';speaker<='0';okrw<='0';else ------密码错误red<='1';green<='0';rwled<='0';speaker<=clk1;okrw<='0';end if; ----红灯亮，绿灯灭，elsif rw1='1' then ----第一次修改密码显示状态red<='1';green<='0';rwled<='1';speaker<='0';okrw<='0';elsif rin='1' thenred<='0';green<='0';rwled<='1';speaker<='0'; okrw<='1';elsered<='1';green<='0';rwled<='0';speaker<='0';okrw<='0';end if;end process;rewrite:process(rw,keyin,ok0,clk,start,pdan,rin)beginif clk'event and clk='1' thenif ok0='1' then rw1<='0';elsif keyin="" and pdan='0' and rin='0' thenif rw='1' thenrw1<='1';end if;end if;end if;end process;process(rw1,ok,keyin,clk)beginif clk'event and clk='1' thenok0<='0';sbuf2<=keyin;if rw1='1' thenif ok='1' thenok0<='1';if mmst=sbuf2 thenrin<='1';elserin<='0';end if;end if;elseif rin='1' thenif ok='1' thenmmst<=sbuf2;rin<='0';else mmst<=mmst;end if;else null;end if;end if;end if;end process;end behav;五、仿真波形:(密码正确)密码锁默认的密码为“”，当我们第一次设置的密码为key=””,然后按OK键盘确认。

高性能FPGA芯片的安全方案研究与设计高性能FPGA芯片的安全方案研究与设计摘要：随着FPGA（Field Programmable Gate Array）技术的快速发展和广泛应用，FPGA芯片在诸多领域中具有重要意义。

然而，随着FPGA芯片规模的不断扩大和应用场景的复杂化，安全性问题也引起了人们的高度关注。

本文结合当前FPGA芯片的安全威胁和需求，对高性能FPGA芯片的安全方案进行研究与设计。

1. 引言FPGA芯片是一种集成电路芯片，能够实现按需编程和重构，具有高度的可编程性和灵活性。

然而，这种可编程灵活性也为潜在的安全风险埋下了隐患。

2. 高性能FPGA芯片的安全威胁高性能FPGA芯片的安全威胁主要包括以下几个方面：（1）物理攻击：物理攻击通过直接访问芯片硬件或捕获芯片的输出信号来获取敏感信息或干扰系统运行。

（2）侧信道攻击：通过侧信道信息（如功耗、电磁辐射等）来推断敏感信息。

（3）逻辑攻击：通过更改FPGA中的逻辑电路或布线，来实现对系统的非法控制或干扰。

（4）IP核安全性：IP核作为FPGA芯片中常用的功能模块，需要保证其安全性，防止被恶意篡改或复制。

3. 高性能FPGA芯片的安全设计方法（1）物理安全设计：a. 引入物理安全机制，如可信秘钥存储、物理层面访问控制等，防止物理攻击；b. 采用技术手段保护敏感信号，如添加滤波器、噪声引入等，防止侧信道攻击。

（2）逻辑安全设计：a. 对设计的逻辑电路进行攻击模型分析和漏洞检测，识别潜在的逻辑攻击；b. 引入逻辑纠错机制和签名认证，确保系统的正确性和完整性。

（3）IP核安全设计：a. IP核的选择应遵循可信供应链的原则，确保其来源可靠；b. 对IP核进行加密和防篡改的设计，防止恶意篡改和复制。

4. 高性能FPGA芯片的安全验证与测试方法（1）物理安全验证：a. 硬件安全验证通过组织渗透测试和物理攻击实验来评估芯片的物理安全性；b. 利用物理安全验证工具进行故障注入、侧信道攻击等测试，以验证物理安全机制的有效性。

1 引言1.1 背景意义本课题主要研究通过计算机并行口的控制实现对FLASH存储器的操作。

目前，在实验室和工业应用的各种控制系统中，串口是常用的计算机与外部控制系统之间的数据传输通道。

由于串行通信方便易行，所以应用广泛。

但是使用串行通信，在实时性、速度、数据量等方面受到限制。

而计算机的并行端口传输数据时是一次性传送8个位（一个字节）或更多，由于传输量较大，因此数据的传输速度要比串口快，在许多必须讲究传输速度的控制系统里，用PC并行端口与之连接就是一个很好的解决方案[1]。

目前，对FLASH存储器的操作多是采用USB接口，USB接口也的确是一种较为理想的接口，但通讯协议较为复杂，要求硬件开发人员对操作系统（软件）知识的了解较全面，硬件开发人员既要编写固件的USB接口程序，同时还要编写操作系统的USB驱动程序 [2]。

与USB接口相比，SPP并口的通讯协议非常简便，只要熟悉标准并口操作的人稍微了解SPP并口资料即可。

无须专门开发驱动程序，直接对硬件层编程即可，当然也可以利用操作系统（软件）提供的标准函数来实现[3]。

SPP并口本身就是计算机的标准接口之一，不需要另外添加别的接口卡，也不需要打开计算机机箱，直接插拔标准的并口通讯电缆线即可，跟以前使用标准并口的打印机一样，方便省事。

1.2 计算机并口的发展及现状并行接口简称并口，也就是LPT接口，是采用并行通信协议的扩展接口。

并口的数据传输率比串口快8倍，标准并口的数据传输率为1Mbps，一般用来连接打印机、扫描仪等[4]。

所以并口又被称为打印口。

最初的并口设计是单向传输数据的，也就是说数据在某一时刻只能实现输入或者输出。

后来IBM又开发出了一种被称为SPP(Standard Parallel Port)的双向并口技术，它可以实现数据的同时输入和输出，这样就将原来的半互动并口变成了真正的双方互动并口；Intel、Xircom及Zenith于1991年共同推出了EPP(Enhanced Parallel Port,增强型并口)，允许更大容量数据的传输(500～1000byte/s),其主要是针对要求较高数据传输速度的非打印机设备，例如存储设备等；紧接着EPP的推出，1992年微软和惠普联合推出了被称为ECP(Extended Capabilities Port)的新并口标准，和EPP不同，ECP是专门针对打印机而制订的标准；发布于1994年的IEEE 1284涵盖了EPP和ECP两个标准，但需要操作系统和硬件都支持该标准，这对现在的硬件而言已不是什么问题了。