基于NIOS硬盘加密卡的研究与实现

发布时间：2020-07-03 15:00

【摘要】： 在当今的信息时代,计算机已成为人们处理和存储信息的重要工具,与此同时信息安全受到越来越多人的重视。而硬盘作为计算机的主要外部存储器通常存储用户的大量的信息。这些信息中有很多涉及到个人隐私、商业机密、国家机密等,如果硬盘丢失或被他人窃取就会引起一系列的重大问题。硬盘加密卡是设计在物理层上,以基于FPGA硬件方式实现对IDE总线上的传输数据加解密操作的硬盘数据保护设备。本文通过对IDE硬盘接口的工作原理、协议、读写时序,以及数据加密的基本原理进行基础的研究,提出了一种基于NIOS软核处理器的SOPC系统硬盘数据加密设计。具体设计和研究工作如下: (1)提出硬盘加密卡系统的设计方案; (2)搭建了整个加密系统的软硬件平台以及调试环境,并对系统各个功能模块的具体实现进行了介绍; (3)完成硬盘加密卡的IDE接口设计,满足Ultra DMA和PIO传输模式; (4)研究了硬盘加密卡的密钥管理方案、替代的密码算法和工作模式; (5)对SATA硬盘接口进行了研究和初步设计;
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP333.35
【图文】：

模型图,硬盘,模型

ATA 三种模式，由于 SCSI 接口的硬盘价格昂贵，安装复杂；而 Serial ATA 接口用四个针就完成了所有的工作（第 1 针发出、2 针接收、3 针供电、4 针地线），这样的做法能减小接口的针脚，降低电力消耗，减小发热量。但目前支持此接口的硬盘并不很多，是一个发展方向。而 IDE 接口的硬盘以其低廉的价格和良好的兼容性深受人们喜爱，因而，其中使用最为广泛的是 IDE 接口的硬盘。本硬盘加密卡的设计就是针对于 IDE 接口的硬盘进行设计，下面我们还是先认识一下 ID硬盘及其接口规范。2.1 硬盘工作原理和相关技术指标2.1.1 硬盘及其技术指标硬盘主要由碟片、磁头、磁头臂、磁头臂服务定位系统和底层电路板、数据保护系统以及接口等组成[3-5]。硬盘的工作原理比较简单，硬盘可以读取和写入保存数据，写入数据实际上是通过磁头对硬盘片表面的可磁化单元进行磁化。

时序图,时序,扇区,驱动器

和 DA0~DA2)选择访问的寄存器，然后把命令参数和命令码写入相应寄存器中，命令开始执行。这时驱动器置状态寄存器中的 BSY=1，同时将磁盘上指定扇区的数据送入扇区缓冲区。当扇区缓冲区准备好，置位 DRQ，清 BSY，发中断请求信号 INTRQ。处理器读取状态寄存器完成后，若 DRQ 位等于 1，处理器从扇区缓冲区中读取数据。驱动器读完后，驱动器复位 DRQ 位，然后驱动器重新设置BSY 位，准备读下一个扇区，直到请求的扇区全部读完。在读的过程中，如果发生了错误，驱动器仍然准备读下一个扇区，同时设置状态寄存器的错误位，让处理器决定读操作是否继续进行。操作时序如 2.2 图所示：

【引证文献】