摘要通過對處理器技術的跟蹤，給出了基于密碼算法的32位安全處理器的結構，并對密碼算法核的結構和軟件進行設計與研究，最后結合安全處理器的應用領域，充分肯定了研究安全處理器的重要性。

關鍵詞處理器、安全處理器、安全模塊、密碼模塊

1引言

現有的安全技術似乎始終存在著局限性，防火墻被動防御無法阻止主動入侵行為、應用級過濾檢測與處理能力存在矛盾，背負眾望的IPv6技術也無法鑒別主機、用戶真實身份，無法阻止攻擊報文。當系統的安全越來越岌岌可危，人們開始嘗試從芯片的角度去解決安全難題。要保證信息安全首先要保證擁有自有版權的安全芯片。目前，安全芯片設計在信息安全領域已取得了很大成績，在密碼學研究方面已經接近國際先進水平，嵌入式密碼專用芯片也已開發成功，但密碼芯片在功能與速度方面還滯后于系統和網絡的發展，特別在高速密碼芯片方面與國際先進水平有很大差距。同時，在CPU方面，不管是通用處理器、嵌入式處理器還是專用微處理器技術已經很成熟，國內多個單位都把嵌入式處理器作為切入點，如中科院計算所的“龍芯”、北大微處理器中心的“眾志”、中芯的"方舟"等，嵌入式CPU已作為SOC芯片的核心，但很少考慮安全方面，特別是針對國內的專用密碼算法。具有自主版權的CPU才是安全的CPU，只有具有自主知識產權的CPU不斷取得新突破，對我國的信息安全才具有重大現實意義。隨著網絡速度的不斷提高，微電子技術的不斷發展，在芯片中加入安全功能成為一種趨勢，特別是在個人電腦的芯片設計中。研制安全處理器將是今后安全產品的發展趨勢。

2安全處理器的技術跟蹤2.1嵌入式處理器

目前處理器的劃分從應用角度出發，分三類：通用處理器、嵌入式處理器、專用處理器。這些分類都是相對的，只是在一定程度上反映CPU的特性。

摘要通過對處理器技術的跟蹤，給出了基于密碼算法的32位安全處理器的結構，并對密碼算法核的結構和軟件進行設計與研究，最后結合安全處理器的應用領域，充分肯定了研究安全處理器的重要性。

關鍵詞處理器、安全處理器、安全模塊、密碼模塊

1引言

現有的安全技術似乎始終存在著局限性，防火墻被動防御無法阻止主動入侵行為、應用級過濾檢測與處理能力存在矛盾，背負眾望的IPv6技術也無法鑒別主機、用戶真實身份，無法阻止攻擊報文。當系統的安全越來越岌岌可危，人們開始嘗試從芯片的角度去解決安全難題。要保證信息安全首先要保證擁有自有版權的安全芯片。目前，安全芯片設計在信息安全領域已取得了很大成績，在密碼學研究方面已經接近國際先進水平，嵌入式密碼專用芯片也已開發成功，但密碼芯片在功能與速度方面還滯后于系統和網絡的發展，特別在高速密碼芯片方面與國際先進水平有很大差距。同時，在CPU方面，不管是通用處理器、嵌入式處理器還是專用微處理器技術已經很成熟，國內多個單位都把嵌入式處理器作為切入點，如中科院計算所的“龍芯”、北大微處理器中心的“眾志”、中芯的"方舟"等，嵌入式CPU已作為SOC芯片的核心，但很少考慮安全方面，特別是針對國內的專用密碼算法。具有自主版權的CPU才是安全的CPU，只有具有自主知識產權的CPU不斷取得新突破，對我國的信息安全才具有重大現實意義。隨著網絡速度的不斷提高，微電子技術的不斷發展，在芯片中加入安全功能成為一種趨勢，特別是在個人電腦的芯片設計中。研制安全處理器將是今后安全產品的發展趨勢。

2安全處理器的技術跟蹤

2.1嵌入式處理器

汽車正經歷著一場數字革命的洗禮：純機械系統和模擬電子的時代一去不復返。現今的汽車是數字化的汽車，內置了幾十甚至上百個嵌入式處理器，它們通過數字網路相互連接，以控制和優化汽車內幾乎每一個系統的運轉。

將來的汽車會集成更多的處理器，因為先進的應用和性能要求更為復雜的信號處理算法，包括安全、引擎和尾氣排放控制、駕駛者與汽車的交互界面，以及車內信息和娛樂系統等。

汽車市場要求處理器供應商做出長期的承諾。例如，汽車制造商有時要求其供應商對某一處理器產品提供長達10～15年的供應承諾。下面我們將探討針對汽車數字信號處理應用的各種處理器類型，以及各個類型的優缺點。此外，我們還將分析汽車應用的特殊要求對面向汽車市場的處理器的影響。

汽車應用中處理器的選擇

汽車系統所用處理器的選擇受多種因素的影響。最主要的選擇標準一般包括汽車認證資格、片上集成度、性能、價格和節能等。軟件開發工具的質量及軟件組件的可用性也會影響到處理器的選擇。處理器供應商對其產品的承諾以及將來的發展規劃等也是重要的考慮因素。

由于關系到生命安全，汽車引擎、氣囊控制和剎車系統等關

摘要：網絡處理器的設計、應用被認為是推動下一代網絡向高性能、靈活性方向發展的核心技術。本文從網絡設備研制角度，對網絡協議處理基本操作、網絡處理器產生技術需求、基本功能、體系結構特點、產品現狀、應用前景、未來發展進行研究。

關鍵詞：網絡處理器體系結構網絡設備數據分組網絡協議

網絡高速發展，對下一代網絡設備提出以下要求：具有優異性能，支持高速分組處理；具有高度靈活性，支持不斷變換高層網絡服務。傳統的基于GPP（GeneralPurposeProcessor）的網絡設備只滿足靈活性要求；基于ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)的網絡設備只滿足高性能要求；網絡處理器能夠通過靈活的軟件體系提供硬件級的處理性能，基于NP（NetworkProcessor）的網絡設備具有高性能和靈活性。

1網絡處理器產生技術需求

以網絡設備核心部件更新為標志，網絡設備體系結構發展經歷了三個階段：

（1）以GPP為核心的網絡設備體系結構

機械的安全性就是機械安全使用說明書規定的預定使用條件下執行其功能和在運輸、安裝、調整、拆卸和處理時不產生傷害或危害健康的能力。任何一臺機械都有風險,會導致危險。這些風險和危險都會導致事故的發生、對人員造成傷害。

當我們能夠關注機械本身的安全性能的時候,其安全功能應該由安全自動化控制系統來實現。安全控制系統的正確設計會影響到機械的安全性能。安全控制系統的可靠性是衡量該臺機械是否符合安全要求的重要依據，本文對于機械制造中的安全控制系統相關問題進行分析。

1安全控制系統

所謂的安全(控制)系統,是在開車、停車、出現工藝擾動以及正常維護、操作期間對生產裝置提供安全保護。一旦當工廠裝置本身出現危險,或由于人為原因而導致危險時,系統立即做出反應并輸出正確信號,使裝置安全停車,以阻止危險的發生或事故的擴散。它包括了現場的安全信號,如緊急停止信號、安全進入信號、閥反饋信號、液位信號等,邏輯控制單元和輸出控制單元。無論在機械制造領域還是在流程化工領域,安全控制系統是整個系統運轉中不可或缺的一部分。

從安全控制系統的結構圖我們可以看出,安全控制鏈由輸入(如傳感器)、邏輯(如控制器)、輸出(如觸發裝置)構成。從邏輯上來說,對于安全信號的控制功能可以采用普通繼電器、普通PLC、標準現場總線或DCS等邏輯控制元器件,從表面上達到我們所需要的邏輯輸出。但是,我們可以注意到,普通繼電器、普通PLC、標準現場總線或DCS不屬于安全相關元器件或系統。它們在進行安全相關控制的時候可能會出現以下安全隱患:處理器不規則、輸入/輸出卡件硬件故障、輸入回路故障(比如短路、觸點融焊)、輸出元器件故障(如觸點融焊)、輸出回路故障(如短路、斷路)、通訊錯誤等。這些安全隱患,都會導致安全功能失效,從而導致事故的發生。所以,安全控制系統就是要求能夠可靠的控制安全輸入信號,一旦當安全輸入信號變化或安全控制系統中出現任何故障,立即做出反應并輸出正確信號,使機器安全停車,以阻止危險的發生或事故的擴散。

安全控制系統的硬件主要采取了以下措施來達到安全要求:1)采用冗余性控制;2)采用多樣性控制;3)頻繁、可靠的檢測(對硬件、軟件、通訊);4)程序CRC校驗;5)安全認證功能塊。

摘要：針對車載、機載等嵌入式計算系統對小體積、低功耗、高計算能力等方面的要求，基于多核處理器設計了一款非對稱嵌入式數據處理模塊，該模塊對外通過光纖互聯網絡和其余設備高速連通交互，具有良好的互連通性和互操作性。采用非對稱嵌入式系統架構，模塊內各處理器內核可根據不同的任務等級或安全等級，部署不同的的任務，為整體提供公共計算能力同時時兼顧容錯特性，有助于上層管理系統動態規劃分配任務，提升系統性能。模塊可適配嵌入式實時操作系統，具備良好的計算能力和實時性。

關鍵詞：多核處理器；非對稱嵌入式系統；光纖互聯網絡

1概述

隨著半導體技術的發展，嵌入式電子系統逐步向著更高集成度不斷提升。以航空機載電子系統為例，在新型的綜合核心處理平臺上，既要保證具備足夠高的任務/數據可靠性，又要使計算節點/單元具有更高計算的性能、更低的功耗、占用更小的體積，因此多核處理器在機載計算等方面中得到廣泛的應用[1]。多核處理器通常在處理器芯片上集成兩個或兩個以上的內核，作為提升處理器性能的主要方式之一，相比通過提升內核主頻來提升處理器性能的方式，可有效地降低處理功耗，同時還可規避處理器的主頻提升帶來的技術瓶頸等問題[2]。相比單核處理架構，多核處理器架構功耗更低，通信延遲更低。多核處理器以自身的優點在并行處理和高性能計算等方面得到了廣泛的應用。在嵌入式系統方面，根據多核處理器上各個核心是否運行相同的任務，嵌入式系統可以分為兩大類：（1）非對稱結構，（2）對稱結構。對稱結構通常指在多核處理器的不同內核心上運行或部署相同或類似的任務，不同核心對于頂層應用程序或子任務來說可近似認為對等。非對稱結構通常指多核處理器的不同內核心上運行或部署不同的任務，各核之間的使用可根據應用程序完成不同的任務，具有一定的獨立性[3]。在非對稱嵌入式系統每個核心可以運行自己的特殊任務，對上層管理系統而言，可近似認為不同核心分別為不同的計算資源，上層管理系統可根據系統的狀態和系統實時的計算任務對不同核心資源進行動態分配，特別是在系統需要對不同安全等級或優先等級的任務進行動態分配時，非對稱嵌入式系統具有無可比擬的優勢。采用常見的多核處理器設計了一款非對稱嵌入式數據處理模塊，該模塊對外通過光纖互聯網絡和其余設備高速連通交互，具有良好的互連通性和互操作性。模塊可適配嵌入式實時操作系統，具備良好的計算能力和實時性。在此對該模塊設計從需求和軟硬架構方面進行闡述。

2需求分析

隨著車載、機載等嵌入式計算系統的任務復雜程度的增加，對嵌入式電子設備提出更高的要求。數據處理模塊作為重要的計算資源，要求具備更多、更快的數據處理和任務處理能力，要求在相同體積及功耗下具備更高計算能力、更強的通信性能，且系統需具備足夠的靈活性，可以快速維修更換和系統擴展。從系統角度考慮，數據處理模塊需支持高速互聯總線，可接入整個機載或車載計算環境系統中，并為系統提供足夠的算例。在適配操作系統方面，和整個系統需保持一致，便于進行上層應用程序，并為應用程序擴展和移植打下良好的基礎。數據處理模塊硬件搭載與之配套軟件，可以完成系統要求的任務，為整個系統提供良好的計算資源及系統服務，可使上層應用安全穩定地運行。充分考慮到整個系統資源共享及健康管理，要求數據處理模塊具備通用性，計算能力提供給整個系統實現資源共享，處理器內部不同核之間具有一定的容錯特性。

自從2001年4月16日，國家環保總局正式了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(II)》，中國正逐步加快對汽車排放進行限制的步伐。

之后，隨著中國汽車保有量和年產量的迅猛發展，中國為了進一步保護環境推行可持續發展戰略，先后又了國III、國IV法規(見表I)，以追趕歐美等發達國家的法規要求。和國際上排放法規的推行數度相比，可以看出，我國推行的力度很強，并且推行的步伐也更快。

近幾十年來，汽車技術的發展和進步是以越來越多的電子技術應用緊密聯系在一起的。電子技術在在汽車里的廣泛應用提高了汽車的性能，有效降低了排放，有力地推進了汽車安全性和可靠性。而汽車電子的進步又總是和汽車半導體的進步密不可分。汽車電子的革新對半導體技術提出了新的挑戰，而半導體技術的創新又為汽車電子的進步提供了必不可少的條件。動力系統作為汽車電子里最重要的核心系統之一，半導體技術更是起到了非常重要的作用。半導體器件作為動力系統的基本組成部分，直接影響到整個系統的規劃，布局和系統控制戰略。下面從微處理器，傳感器和汽車功率器件等幾個方面介紹半導體技術在汽車動力系統里的應用，創新以及對汽車半導體未來的展望。

隨著汽車性能包括排放，可靠性和安全性的不斷提高，一代又一代汽車的動力系統發生了非常大的變化。如果比較這一代又一代的汽車動力控制系統，我們會發現，傳感器，執行器的數量明顯的增加了，控制系統的復雜程度也大大提高了。

為了更有效控制的汽車動力系統，越來越多的傳感器被應用到系統當中。傳感器可以更準確的各種測量物理參數，以便于系統了解當前的狀態，為準確有效的控制提供了可能。一代又一代微處理器的推出，為動力系統提供了越來越強的實時運算能力。半導體功率器件的不斷更新和進步，使得執行器，如引擎點火，噴油嘴，結氣門體等的控制更加準確和有效。

汽車微控制器的進步和革新

摘要：介紹了軟件無線電系統的開放式軟件通信體系結構，提出在可重新配置的硬件平臺上建主一種分布式處理環境，運行不同供應商提供的軟件組件以支持各種服務，從而達到系統軟件的可移植性、重用性和伸縮性。

關鍵詞：軟件無線電軟件通信結構CORBAIDL域描述體

伴隨蜂窩無線個人通信系統服務的快速發展，產生了很多無線通信標準，如GSM、IS95、IS54/136、PDC等。這些空中接口對不同的應用和服務都有各自約定的波段、調制解調機制、編解碼方式、復合接人技術和協議。可以預見，在不久的將來，無線電通信系統必將把各種無線接入網集成到一個通用系統結構中，通過一個硬件平臺實現多種標準和服務。二十世紀90年代初開始，無線電的服務正從長期依賴的硬導線連接向軟件無線電演進。

1基本思想

軟件無線電SDR(SoftwareDefinedRadio)為以軟件方式實現各種空中接口，提供靈活的無線通信方式以便于實現靈活的傳輸機制、協議和應用。圖1所示為多模式(多個性)的SDR系統的功能模塊及標準接口點約定，其中無線電節點指基站或移動終端。多模式技術要求可在一個以上的信道RF頻帶上接人，在圖1中為信道集。

圖1

射頻識別(RFID)技術平穩地滲透到我們日常生活的許多方面。從超市的庫存管理到快速收款,這項技術正改變著許多現有的應用并支持新的應用。在RFID前端,“信號鏈”從有效裝置上的小標簽開始,將信息傳送給一個或多個RFID閱讀器,當標簽出現在特定的區域內時,閱讀器檢測。在RFID后端,基于服務器的系統保持并更新標簽數據庫。RFID系統框圖如圖1所示。

當今,大多數RFID閱讀器都采用多個處理器來滿足應用需求。通常其中一個是連接模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)的信號處理器。另一個是與本地或者遠程服務器通信的網絡處理器,用于信息存儲和恢復。但Blackfin系列等處理器能夠管理這些不同的功能——信號轉換和網絡連接。

本文首先介紹了RFID技術以及它能支持的當前和未來的應用。然后,針對RFID閱讀器的功能,本文將研究運行在RFID閱讀器和服務器連接所需要的基本軟件組成。

RFID系統概述

RFID是一種采用射頻(RF)傳輸識別代碼、分類代碼和(或)跟蹤目標的通信系統。每個目標都有自己的RFID標簽(也稱為應答器)。總系統用一個標簽閱讀器接收每個標簽的RF信號。閱讀器的嵌入式軟件管理查詢、接收標簽信息的解碼和處理以及與存儲系統通信、收藏標簽數據庫和其他相關信息。

RFID的應用

摘要：網絡處理器的高速處理和靈活的可編程性，使它成為當今網絡中數據處理的有效解決方案。本文深入探討網絡處理器的軟件開發模型。首先，介紹IntelIXP2400網絡處理器硬件結構和軟件開發平臺，然后給出基于網絡處理器的路由轉發系統的設計實例，闡述網絡處理器開發的關鍵環節，最后提出網絡處理器軟件開發所面臨的主要問題和挑戰。

關鍵詞：網絡處理器軟件開發模型微引擎微模塊核心組件

引言

隨著當今網絡規模和性能迅速增長，Internet主干網絡流量的指數性增長及新業務接連的出現，這就要求網絡設備具有線速和智能的處理能力。網絡處理器NP（NetworkProcessor）便是一種新興、有效的統一解決方案。它適用于各層網絡處理，具有ASIC高速處理性能和可編程特性，既能保證系統靈活性，又能完成線速處理數據包所要求的高性能硬件功能。目前，網絡處理器已經涌現出了一些成功的應用范例。這些應用主要包括：基于網絡處理器的路由交換設備、智能安全設備和入侵檢測設備等。比如，北京聯想使用IBM的PowerNP構成了電信級的防火墻設備。與此同時，圍繞著網絡處理器應用展開的相關研究也得到了飛速發展，一些企業和科研機構也給予了足夠重視。例如，Intel專門投資支持全球100所大學進行網絡處理器及其相關應用的研究。

由于網絡處理器特殊的體系結構，它的軟件編程模型與傳統網絡應用/嵌入式應用開發有較大不同，更為復雜。本文將以IntelIXP2400網絡處理器為例，對網絡處理器軟件開發模型進行較為詳細地探討。

1網絡處理器硬件架構