RISCV指令集的SM4专用协处理器设计

摘要

针对进口信息产品存在安全隐患以及RISCV架构在安全领域产品严重缺乏的问题,设计了一种可以提高SM4密码算法运算效率且完全自主可控的协处理器。协处理器采用三级流水线结构提高指令执行效率,扩展5条自定义指令用于完成SM4运算,内部封装SM4运算单元以减小对数据通路的影响、便于后续扩展。借助FPGA开发板,在50 MHz的时钟频率下进行验证。验证结果表明,与无指令扩展的处理器相比,本设计密钥扩展运算效率提高了5.8倍,加密运算效率提高了5.5倍,解密运算效率提高了6.4倍,所提出的方案可显著提高SM4运算效率。