Введение 4
1 Обзор существующих реализаций интерфейса UART 6
1.1 Общее описание интерфейса UART и языка VHDL 6
1.2 Вариант №1 реализации интерфейса UART 7
1.3 Вариант №2 реализации интерфейса UART 10
1.4 Вариант №3 реализации интерфейса UART 14
2 Общая структура изделия и ПЛИС интерфейса 18
3 Разработка структуры процессов приема и передачи информации 25
3.1 Разработка структуры процесса приема информации 25
3.2 Разработка структуры процесса передачи информации 30
4 Внутренний протокол обмена данными 33
5 Разработка интерфейса на языке VHDL 40
6 Проверка работы интерфейса в среде моделирования ISim 45
7 Проверка быстродействия интерфейса 50
8 Вредные психофизиологические факторы, влияющие на органы зрения
специалиста по защите информации. Методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие 56
Заключение 61
Список использованных источников 62
Приложение А. Обязательное. Код узла приема данных на языке vhdl 64
Приложение Б. Обязательное. Код узла расчёта контрольной суммы на языке vhdl 73
Приложение В. Обязательное. Код узла генерации частот на языке vhdl 87 Приложение Г. Обязательное. Код узла передачи данных на языке vhdl 92
Приложение Д. Обязательное. Код узла переложения бита и генератора частоты 128 МГц на языке vhdl 95
Приложение Е. Обязательное. Код узла обработки принятых данных на языке vhdl
Защита критически важной информации в современном мире является одной из наиболее важных задач, особенно в условиях постоянного роста количества возможных атак и возможностей потенциальных нарушителей. Для обеспечения конфиденциальности защищаемой информация в настоящее время используются СКЗИ.
В последние несколько лет СКЗИ получили широкое распространение в различных государственных, муниципальных и коммерческих организациях, учреждениях и структурах, что связано, как с ростом количества угроз безопасности информации, так и с принятием на территории Российской Федерации различных нормативно-правовых актов в области защиты информации, обязывающих подобные организации и учреждения применять СКЗИ для обеспечения безопасности защищаемой информации, такой как государственная тайна или персональные данные граждан. Современные СКЗИ должны обеспечивать обработку огромного количества информации, с как можно более высокой скоростью, а также обладать высокой степенью надёжности. Программная реализация СКЗИ не обеспечивает необходимой скорости преобразования информации, и поэтому широко применяются СКЗИ на основе аппаратной реализации, то есть на ПЛИС.
При проектировании и разработке СКЗИ на базе ПЛИС критически важным является выбор интерфейсов передачи данных, используемых как для обмена информацией внутри самого изделия, так и для взаимодействия с внешним миром. Для таких устройств особенно важны скорость и надёжность интерфейса передачи данных, ведь изменение всего одного бита данных при обмене зашифрованной информацией может привести к потере целого пакета. Также важна эффективность интерфейса с точки зрения использования ресурсов ПЛИС.
От выбора наиболее предпочтительного в поставленных условиях интерфейса передачи данных будет зависеть стабильность, быстродействие и удобство разработки устройства на базе ПЛИС.
Целью данного дипломного проекта является разработка высокоскоростного программного модуля интерфейса обработки данных на программной логической интегральной схеме. Разрабатываемое программный модуль предназначен для использования в составе средства криптографической защиты информации, не составляющей государственную тайну. СКЗИ, в состав которого входит модуль, предназначено для криптографической защиты информации, не составляющей государственную тайну.
В ходе выполнения дипломного проекта было необходимо рассмотреть следующие вопросы:
- обзор существующих реализаций интерфейса UART;
- описание общей структуры изделия и ПЛИС интерфейса;
- разработка процессов приема и передачи информации;
- разработка модуля обработки потока информации на языке VHDL;
- моделирование работы модуля обработки информации;
- проверка работы модуля обработки информации;
- вредные психофизиологические факторы, влияющие на органы зрения специалиста по защите информации. Методы и средства физической культуры, снижающие их воздействие.
В процессе выполнения дипломного проекта был произведена разработка программного модуля высокоскоростного интерфейса обработки данных на ПЛИС в составе СКЗИ.
В процессе выполнения работы был произведен обзор трёх различных вариантов реализации интерфейса UART. В результате обзора и сравнения реализаций было принято решение о необходимости разработки программного модуля высокоскоростного интерфейса обработки информации. Разработана общая структура ПЛИС интерфейса, а также структуры процессов приёма и передачи информации.
Кроме того, был описан внутренний протокол обмена данными ПЛИС интерфейса с шифратором, в том числе и алгоритм расчета контрольной суммы CRC.
На заключительном этапе было разработан программный модуль высокоскоростного интерфейса обработки информации для СКЗИ на ПЛИС на языке VHDL, реализующий обмен информацией между ООД и шифратором и КМ и шифратором, проверена его работоспособность с помощью среды моделирования ISim. Была выполнена проверка скорости работы интерфейса с помощью программного обеспечения ipref, предварительно была разработана схема тестового стенда.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был разработан программный модуль высокоскоростного интерфейса обработки данных готовый к использованию в составе изделия «АКСИОН (СКЗИ-3)».
Таким образом, техническое задание на дипломное проектирование выполнено в полном объеме.
