数模混合SoC/IP——基于混沌的真随机数发生器的设计与实现

摘要

随着个人计算机和网络的普及,电子商务,电子政务有了飞速的发展.与此同时,电子商务,政务的信息安全问题也越来越受到人们的关注.而随机数在信息安全领域有着重要的应用,各种加密算法都需要随机数来生成加密参数或密钥.由于伪随机数是有规律可循的;因此在加密领域,就必须应用不可预测的真随机数来保证信息安全.传统的真随机数发生器,其核心是一个真正随机的物理过程;如利用噪声产生真随机数等.随着非线性系统理论的发展,非线性系统的混沌行为设计真随机数发生器提供了新的理论基础和实现方法.该文所设计的真随机数发生器就是基于混沌的理论来设计的.只要在混沌的映射空间上找到一个生成划分,那么就可以在理论上保证映射状态空间而得到随机数的真随机性.由于随机数的真随机性不可能在芯片测试时得到证明,因此在理论上保证它的真随机性显得尤为的重要.将真随机数发生器开发成IP(Intellectual Property),就可以使得它作为SoC(System-on-Chip)信息安全设计的一个设计元素,为各加密模块所用.但SoC/IP必须遵守统一的总线协议,以保证各IP之间的顺利通讯.因此就需要为以模拟电路为核心的真随机数发生器添加数字接口,以符合规定的总线协议标准.这样,真随机数发生器就成为了一数模混合的设计.数模混合电路的设计流程是比较复杂的.模拟电路从Schematic开始,其设计流程包括:仿真,版图绘制,DRC/LVS检查,寄生参数提取和后仿真.数字电路设计流程则包括:制定SPEC,Verilog代码编写,仿真,逻辑综合,布局,布线,静态时序综合和DRC/LVS检查.数模混合的设计流程要实现数模电路之间的信号通讯,它的主要流程包括:数字模拟电路的混合仿真,数字模拟电路版图的整合和数字模拟电路提取寄生参数后的仿真.该文结合数模混合的真随机数发生器IP的设计和实现,对这三套流程进行了比较详尽的介绍.

目录

文摘

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引言

第一章数模混合的真随机数IP的模拟电路设计

第一节基于混沌的真随即数发生器的设计原理

第二节混沌表达的选取和随机数分布特性分析

第三节真随机数发生器IP的模拟电路设计

3.1运算电路

3.2采样/保持电路

3.3抗饱和电路

第四节真随机数发生器IP的模拟电路Hspice仿真

第五节真随机数测试

第二章数模混合的真随机数发生器IP的模拟电路设计流程

第三章数模混合的真随机数发生器IP的数字电路设计

第一节数模混合的真随机数发生器IP的系统结构

第二节数模混合的真随机数发生器IP的数字电路设计

第四章数模混合的真随机数发生器IP的数字电路设计流程

第一节数字电路设计流程总论

第二节数字电路前端设计流程

2.1系统级设计和SPEC制定

2.2硬件描述语言(Verilog/VHDL)的实现

第三节数字电路后端设计流程

3.1综合

3.2布局

3.3布线

3.4静态时序分析（Static Time Analyze）

3.5 DRC和LVS检查

第五章数模混合的真随机数发生器IP的数模混合电路设计流程

第一节数模混合仿真

第二节数模电路的版图整合

第三节数模混合寄生参数提取后的仿真(后仿真)

总结

参考文献

作者在学期间发表和被录用的论文

致谢