基于DS2432型自动加密电路的USB口1 Wire总线适配器的设计
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:416
1 引言
随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，基于现场总线技术的通信网络逐步取代分散式工业控制系统，成为计算机技术及电子技术的应用领域中最具活力的一种边缘分支并取得巨大进步，美国美信公司设计的1－wire总线是众多现场总线中极具竞争力的一种，具备能与计算机进行数字通信、总线负载量大、布线简练，精度高、性能稳定，价格便宜等诸多特点，特别是非常适合中短距离通信，是工业系统设计的高级境界。
1－wrie[1]测量网络的实现需要与pc主机相结合，所以在1－wire总线组成的测量网络中，网络适配器是必不可少的，它担负着主机监控单元与网络节点之间数据传输的重要任务，usb接口总线具有高速传输、支持热插拔、即插即用、开发成本低等优点。ds2432提供了一种紧凑的密钥存储方案。有效地降低了硬件仿制的可行性。据此，本文提出了一种基于ds2432的1－wire总线usb口适配器的设计方法。
2 ds2432的内部结构和加密原理
2.1 ds2432的内部结构
ds2432[2]是倒装芯片，有8个引脚，将控制、寻址、数据和电源集于一个数据引脚，可以在－40℃～＋85℃，2.8v－5.25v的宽电压范围内进行读、写操作，内置多点控制，其引脚排列如图1所示。
ds2432的内部原理框图如图2所示。该电路主要由64位掩模rom、64位暂存器、4个32字节的eeprom，64位寄存器、64位密钥存储器及512位sha－1（安全散列算法）引擎6个主数据部件组成。
2.2 ds2432的加密原理
ds2432有四个存储区：数据存储器、密钥存储器、含有特定功能和用户字节的寄存器页和暂存器。数据存储器每页32个字节。密钥、寄存器页和暂存器均为8字节。向数据存储器写数据、装载初始密钥，或者向寄存器页写入数据时，暂存器作为缓存器使用。数据存储器、密钥存储器和寄存器页位于线性地址空间中，数据存储器和寄存器页对读访问没有限制，但向数据存储器和寄存器页写数据时则需要知道密钥，密钥的安装有二种方法，一是把数据从暂存器复制到密钥存储器，二是当前密钥和暂存器内容经过运算后生成新的密钥，密钥不能直接读取，只有sha引擎能够访问它，计算信息鉴定码mac。
地址0088h－008fh为寄存器页，含有特定功能寄存器、通用用户字节以及1个工厂字节。一旦编程为aah或55h。这些字节中的大多数将被写保护而不能再更改，其他所有代码既不能写保护，也不能激活与这个特定字节相关的特殊功能，特殊功能包括仅写保护密钥，同时写保护4个数据存储器页，仅激活数据存储器页1的eprom模式，仅激活数据存储器页的0的eprom模式，一旦eprom模式被激活，数据存储器未加写保护的情况下，地址0020h－003fh中的位只能从逻辑1改为逻辑0。若读取到的地址设为55h，表明地址008e和008f是可读/写的用户字节，没有任何特定功能和锁定机制。代码aah表明这二个字节被编程为16位的id，并且被加写保护，主机与1－wire设备进行通信时，用户要提供16位的id识别码，用来协助应用软件识别包含ds2432的1－wire网络适配器。
3 适配器的设计
3.1 硬件电路设计
适配器需2个接口电路分别与计算机主机系统和1－wire网络进行通信，与主机系统进行通信主要通过usb协议实现，称为usb接口电路；与1－wire网络之间的通信通过usb到1－wire总线的桥接电路ds2490s实现，但需1个rj－11插座，称为rj－11桥接电路，本设备采用usb总线的供电方式。
3.1.1 usb接口电路设计
usb接口电路的原理如图3所示。
r3是上拉电阻器，它可使usb口的d＋端上拉到ds2490s的vb端，表示usb主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有usb设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1－wire网络的总厂决定1－wire总线电压上升到5v的速度，经过实验测试选择r3的阻值为27欧姆±10％。r1、r2为usb数据线保护电阻器。l1、l2具有禁止高频干扰并且减弱emi辐射的功能，lf33cv为3.3v电压稳压器，与周围元件c1、c2组成强上拉部分，给eeprom或温度传感器等器件提供额外的电源。
3.1.2 rj－11桥接电路的设计
rj－11桥接电路的原理如图4所示。
ds2432的内部原理框图如图2所示。该电路主要由64位掩模rom、64位暂存器、4个32字节的eeprom，64位寄存器、64位密钥存储器及512位sha－1（安全散列算法）引擎6个主数据部件组成。
2.2 ds2432的加密原理
ds2432有四个存储区：数据存储器、密钥存储器、含有特定功能和用户字节的寄存器页和暂存器。数据存储器每页32个字节。密钥、寄存器页和暂存器均为8字节。向数据存储器写数据、装载初始密钥，或者向寄存器页写入数据时，暂存器作为缓存器使用。数据存储器、密钥存储器和寄存器页位于线性地址空间中，数据存储器和寄存器页对读访问没有限制，但向数据存储器和寄存器页写数据时则需要知道密钥，密钥的安装有二种方法，一是把数据从暂存器复制到密钥存储器，二是当前密钥和暂存器内容经过运算后生成新的密钥，密钥不能直接读取，只有sha引擎能够访问它，计算信息鉴定码mac。
地址0088h－008fh为寄存器页，含有特定功能寄存器、通用用户字节以及1个工厂字节。一旦编程为aah或55h。这些字节中的大多数将被写保护而不能再更改，其他所有代码既不能写保护，也不能激活与这个特定字节相关的特殊功能，特殊功能包括仅写保护密钥，同时写保护4个数据存储器页，仅激活数据存储器页1的eprom模式，仅激活数据存储器页的0的eprom模式，一旦eprom模式被激活，数据存储器未加写保护的情况下，地址0020h－003fh中的位只能从逻辑1改为逻辑0。若读取到的地址设为55h，表明地址008e和008f是可读/写的用户字节，没有任何特定功能和锁定机制。代码aah表明这二个字节被编程为16位的id，并且被加写保护，主机与1－wire设备进行通信时，用户要提供16位的id识别码，用来协助应用软件识别包含ds2432的1－wire网络适配器。
3 适配器的设计
3.1 硬件电路设计
适配器需2个接口电路分别与计算机主机系统和1－wire网络进行通信，与主机系统进行通信主要通过usb协议实现，称为usb接口电路；与1－wire网络之间的通信通过usb到1－wire总线的桥接电路ds2490s实现，但需1个rj－11插座，称为rj－11桥接电路，本设备采用usb总线的供电方式。
3.1.1 usb接口电路设计
usb接口电路的原理如图3所示。
r3是上拉电阻器，它可使usb口的d＋端上拉到ds2490s的vb端，表示usb主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有usb设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1－wire网络的总厂决定1－wire总线电压上升到5v的速度，经过实验测试选择r3的阻值为27欧姆±10％。r1、r2为usb数据线保护电阻器。l1、l2具有禁止高频干扰并且减弱emi辐射的功能，lf33cv为3.3v电压稳压器，与周围元件c1、c2组成强上拉部分，给eeprom或温度传感器等器件提供额外的电源。
3.1.2 rj－11桥接电路的设计
rj－11桥接电路的原理如图4所示。
公网安备44030402000607
