1、    基于VHDL的密碼鎖設計日期: 2010-12-27 13:53:56瀏覽: 0來源: 學海網收集整理作者: 佚名摘要：本文講述了一種基于VHDL設計密碼鎖的原理和方法，這種密碼鎖具有安全性高，成本低，操作簡單等特點。以下是幾位專家用VHDL語言解決和設計的密碼鎖的方案以及實例描述。 關鍵詞：VHDL密碼鎖 前言：隨著社會的發展和人們生活水平的提高，人們的安全意識也逐漸加強。密碼鎖以安全性高，成本低等優點受到越來越多人的歡迎。VHDL語言覆蓋面廣，描述能力強，所以采用VHDL語言所設計的密碼鎖更是受到絕大多數人的接受和歡迎。 正文： 1.vhdl

2、 1.1vhdl語言的概念及特點 VHDL的英文全名是Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，誕生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認為標準硬件描述語言。自IEEE公布了VHDL的標準版本，各EDA公司相繼推出了自己的VHDL設計環境，或宣布自己的設計工具可以和VHDL接口。此后VHDL在電子設計領域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準的硬件描述語言。在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。有專家認為，在新的世紀中，VHDL語言將承擔起大部分的數字系統設計任務。除了含有許多具

3、有硬件特征的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言，VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體，分成外部和內部，既涉及實體的內部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內部開發完成后，其他的設計就可以直接調用這個實體。這種將設計實體分成內外部分的概念是VHDL系統設計的基本點。 1.2vhdl語言出現的背景 一種硬件描述語言廣義地說是描述電子實體的語言，比如說邏輯圖，電路圖等。但是由于一些大規模電路的出現，邏輯圖，布爾方程已經不太適用，因此需要在更高層次上描述系統。期間也出現過多種HDL語言，但都沒有得到大家的人認可，但是也為v

4、hdl語言的出現奠定了一定的理論及試驗基礎。再后來就出現了vhdl語言。Vhdl語言主要針對的是電路設計等方面。密碼鎖在vhdl中的實現實際上就是vhdl語言在數字電路中的一種應用。 2.以下是幾位專家對基于vhdl語言的密碼鎖設計提出一些看法： （1）.東理工大學張雪實驗師針對基于vhdl語言的設計提出了數字密碼鎖的設計的思想，她的觀點是這樣的： 她就普通的密碼鎖做了一些總結，提出了一些普通密碼鎖所存在的缺點，比如說安全性不夠高，無法進行密碼核對等。因此基于這些普通的密碼鎖所存在的問題，她提出了數字密碼鎖的概念，數字密碼鎖是在實際應用中使用得極其廣泛的一種數字電路，他的主要功能時用來對某些重

5、要物品進行加密保護，目的是避免無權人員使用某些設施或進行越權操作。她在文章中介紹的這款密碼鎖主要完成上鎖，密碼輸入，密碼核對，開啟電鎖，密碼修改等功能。詳細說明了該數字密碼鎖的內部結構及其主要功能，講述了數字密碼鎖的模塊劃分極其工作流程。在該數字電路設計中，采用了自頂向下的設計方法，主要目的是對數字系統進行模塊劃分，這樣可以將設計簡化成相對簡單的模塊設計，不同的模塊完成數字系統中某一部分的具體功能。最后還對整個密碼鎖的實現過程做了整體的仿真效果，仿真反饋的結果可以驗證程序設計的可行性與可靠性。該數字密碼鎖的設計過程表明，用vhdl語言可以快速，靈活的設計出符合各種要求的數字密碼鎖，而且操作簡單

6、，稍加修改就可以改變密碼的位數，增強其安全性，且很容易做成ASIC芯片，使設計過程達到高度自動化。 （2）.湖南大學胡紅艷工程師針對基于VHDL語言的電子設計又提出了關于智能密碼鎖設計的觀點，她提出的設計理念如下： 隨著社會物質財富的日益增長，安全防盜已成為全社會的問題，彈子鎖由于結構上的局限已難以滿足當前社會管理和防盜要求，電子密碼由于其自身的優勢，越來越受到人們的青睞，但設計目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機用分離元件實現的，其成本較高且可靠性不能得以保證。基于此她介紹了一種利用EDA技術和VHDL語言，在MAX+PLUS2環境下設計的一種新型的智能密碼鎖，首先針對智能密碼鎖的設計提出

7、了一些要求，即該智能密碼鎖的密碼初始化，密碼設定，密碼修改以及輸入密碼的次數進行了嚴格的規定。然后又介紹了該智能密碼鎖的總體結構以及結構中所用控制模塊的簡單工作原理，最后還對該智能密碼鎖進行了誤差分析。設計的這種新型的智能密碼鎖具有密碼預置和誤碼報警等功能，用一片FPGA芯片實現，從而大大簡化了系統結構，降低了成本提高了系統的保密性和可靠性。這款智能密碼鎖具有體積小，功耗低，價格便宜，安全可靠，維護何升級度十分方便等優點，因此提出它具有較好的應用前景。 （3）.西南交通大學的專家曹建國針對基于VHDL語言的電路設計提出了電子密碼鎖的設計與實現，他的見解如下： 針對以前的數字密碼鎖和智能密碼鎖中

8、鎖存在的以下問題，他提出了一些新的觀點，比如說密碼的輸入一般采用機械式何觸摸式兩種鍵盤，機械式鍵盤易產生抖動問題，抖動會造成幀丟失或出錯，這些都會降低圖像或聲音的質量。因此他又提出了可以在系統中加入抖動消除電路的思想。他介紹的是一種基于VHDL設計一種數字電子密碼鎖的原理何方法，該電子密碼鎖所用的開發工具為ISE，還用了仿真工具ModelismSE。首先對該電子密碼鎖的功能進行了描述，主要達到以下的五個功能：數碼輸入，數碼清除，密碼激活，密碼修改，電鎖解除。接著提出了他的設計思路極其原理，對密碼如何輸入，輸出及修改的過程都做了詳細的介紹并且還做了圖形分析。他提出了以DSP/BIOS操作系統為軟

9、件架構，以DM642為核心構成了單芯片的多媒體嵌入式硬件平臺，采用了最新的H.264視頻壓縮算法和基于RTP/RTCP協議的流媒體實時傳輸技術，對網絡帶寬的變化具有較強的自適應能力。設計該電子密碼鎖的過程中所開發的這個系統實現了整個系統的高度集成，開發成本低，并在滿足實時傳輸的同時還提供了很高的圖像顯示質量，具有良好的發展前景。 （4）.徐州建筑職業技術學院教師劉燎原通過實例來說明利用VHDL語言實現數字系統的過程。以下是她用VHDL語言實現了漢明碼的編碼和譯碼的原理以及部分漢明碼的編碼源程序：漢明碼的在原編碼的基礎上附加一部分代碼，使其滿足糾錯碼的條件。它屬于線性分組碼，由于漢明碼的抗干擾能

10、力較強，至今仍是應用比較廣泛的一類碼。漢明碼可以用數字門電路或移位寄存器等硬件電路來實現，但硬件電路搭接電路較復雜且易存在干擾。因此她介紹了采用VHDL語言來實現漢明碼的編碼和譯碼過程。 下面是她給出的漢明碼的編碼及譯碼源程序： 編碼源程序： LIBRARYieee; USEieee.std_logic_1164.ALL; ENTITYhamencIS PORT（datain:INBIT_VECTOR0TO3）; hamout:OUTBIT_VECTOR（0TO7）; ENDhamenc; ARCHITECTUREver2OFhamencIS SIGNALp0,p1,p2,p4:BIT; BE

11、GIN p0=(datain(0)XORdatain(1)XORdatain(2); p1=(datain(0)XORdatain(1)XORdatain(3); p2=(datain(0)XORdatain(2)XORdatain(3); p4=(datain(1)XORdatain(2)XORdatain(3); hamout(4TO7)=(p0,p1,p2,p4); hamout(0TO3)=datain(0TO3); ENDver2; 譯碼源程序： LIBRARYieee; USEieee.std_logic_1164.ALL; ENTITYhamdecIS PORT(hamin:IN

12、BIT_VECTOR(0TO7);d0d1d2d3p0p1p2p4 dataout:OUTBIT_VECTOR(0TO3);d0d1d2d3 sec,ded,ne:OUTBIT);diagnosticoutputs ENDhamdec; ARCHITECTUREver1OFhamdecIS BEGIN PROCESS(hamin) VARIABLEsyndrome:BIT_VECTOR(3DOWNTO0); BEGIN syndrome(0):=(hamin(0)XORhamin(1)XORhamin(2)XORhamin(3)XORhamin(4)XORhamin(5)XORhamin(6)

13、XORhamin(7); synarome(1):=(hamin(0)XORhamin(1)XORhamin(3)XORhamin(5); synarome(2):=(hamin(0)XORhamin(2)XORhamin(3)XORhamin(6); synarome(3):=(hamin(1)XORhamin(2)XORhamin(3)XORhamin(7); IF(synarome="0000")THEN ne=1; aea=0; sec=0; Dataout(0TO3)=hamin(0TO3); ELSIF(synarome(0)=1)THEN ne=0; aea=

14、0; sec=1; CASEsynarome(3DOWNTO1)IS WHEN"000"|"001"|"010"|"100"= Dataout(0TO3)=hamin(0TO3);- WHEN"011"=aataout(0)=NOThamin(0); Dataout(1TO3)=hamin(1TO3); WHEN"101"=aataout(1)=NOThamin(1); Dataout(0)=hamin(0); aataout(2TO3)=hamin(2TO3); WHEN&

15、quot;110"=aataout(2)=NOThamin(2); Dataout(3)=hamin(3); Dataout(0TO1)=hamin(0TO1); WHEN"111"=aataout(3)=NOThamin(3); Dataout(0TO2)=hamin(0TO2); ENDCASE; ELSIF(synarome(0)=0AND(synarome(3DOWNTO1)/="000")THEN ne=0; aea=1; sec=0; aataout(0TO3)="0000" ENDIF; ENDPROCESS;

16、 ENDver1; 該程序使用Quartus軟件進行邏輯綜合功能模擬與定時剖析。通過時序仿真和下載后，觀察波形并進行實際驗證，可以正確編碼譯碼，符合設計要求。本文介紹的基于VHDL語言的漢明碼的編碼和譯碼實現，簡化了硬件的開發和制作過程，易于仿真測試和修改，加強了系統的靈活性和抗干擾性，在實際中有壹定的應用。 結束語： 從上面所舉的各位專家所提出的各種觀點可以看出，基于VHDL語言所設計出來的多款密碼鎖，均使用串行電路，這樣用壹片FPGA芯片就可以實現實現，從而大大簡化了系統結構。進步了系統的保密性和可靠性。VHDL語言在數字電路設計中，自頂向下的設計方法的主要思想是對數字系統進行模塊劃分，這樣可以將復雜的設計簡化成相對簡單的模塊設計，不同的模塊用來完成數字系統中某壹部分的具體功能統，其升級與改進極其方便。用VHDL語言設計出來的密碼鎖具有結構較簡單，成本較低，操作方便，易于維護和修改等優點。缺點是雖然它的成本較低，但是由于使用了電子芯片，因此現在還是只能在大中型企業中使用，還不能普及到我們的生活當中來。 參考文獻： 1劉鈺，張有志.壹種用VHDL語言設計的數字密碼鎖J.信息技術與信息化，200，(04). 2古月紅艷，李旭華.基于VHDL語言的智能