SM4算法的verilog设计各功能模块接口信号

以下是SM4算法的verilog设计各功能模块接口信号的一些基本信息：

1. 输入输出模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括明文、密文、密钥等；
- 输出数据：输出数据信号，包括加密后的密文、解密后的明文。

2. 轮函数模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括轮输入数据、密钥等；
- 输出数据：输出数据信号，包括轮输出数据。

3. S盒模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括S盒输入数据；
- 输出数据：输出数据信号，包括S盒输出数据。

4. 置换模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括置换输入数据；
- 输出数据：输出数据信号，包括置换输出数据。

5. 密钥扩展模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括轮次等信息、密钥等；
- 输出数据：输出数据信号，包括扩展后的轮密钥等。

6. 控制模块接口信号：

- 输入数据：输入数据信号，包括控制信号等；
- 输出数据：输出数据信号，包括状态信号等。

以上只是一些基本的接口信号，具体的实现会根据设计的细节不同而有所差异。

相关问题

SM4算法verilog如何设计

SM4算法的Verilog设计通常包含以下几个模块：

1. SubBytes模块：用于S盒代换操作，将输入的128位数据进行字节代换。

2. ShiftRows模块：用于行移位操作，将输入的128位数据进行行移位操作。

3. MixColumns模块：用于列混淆操作，将输入的128位数据进行列混淆操作。

4. AddRoundKey模块：用于轮密钥加操作，将输入的128位数据与轮密钥进行异或操作。

5. KeyExpansion模块：用于密钥扩展操作，将输入的128位密钥扩展成32个轮密钥。

下面是一个简单的SM4算法的Verilog设计示例：

module sm4 (
  input        clk,
  input        rst,
  input [127:0] plaintext,
  input [127:0] key,
  output reg [127:0] ciphertext
);

parameter ROUNDS = 32;

reg [127:0] roundkey [0:ROUNDS-1];
reg [127:0] state;

// SubBytes模块
module SubBytes(input [7:0] in, output reg [7:0] out);

  always @(*) begin
    case(in)
      8'h00: out = 8'h63;
      8'h01: out = 8'h7C;
      8'h02: out = 8'h77;
      ...
      8'hFE: out = 8'hE8;
      8'hFF: out = 8'h03;
    endcase
  end

endmodule

// ShiftRows模块
module ShiftRows(input [31:0] in, output reg [31:0] out);

  always @(*) begin
    out[ 7: 0] = in[ 7: 0];
    out[11: 8] = in[15:12];
    out[15:12] = in[23:20];
    out[19:16] = in[31:28];
    out[23:20] = in[ 3: 0];
    out[27:24] = in[11: 8];
    out[31:28] = in[19:16];
    out[ 3: 0] = in[27:24];
  end

endmodule

// MixColumns模块
module MixColumns(input [31:0] in, output reg [31:0] out);

  always @(*) begin
    out[ 7: 0] = in[ 7: 0] ^ in[11: 8] ^ in[15:12] ^ in[19:16];
    out[11: 8] = in[11: 8] ^ in[15:12] ^ in[19:16] ^ in[23:20];
    out[15:12] = in[15:12] ^ in[19:16] ^ in[23:20] ^ in[27:24];
    out[19:16] = in[19:16] ^ in[23:20] ^ in[27:24] ^ in[31:28];
    out[23:20] = in[23:20] ^ in[27:24] ^ in[31:28] ^ in[ 3: 0];
    out[27:24] = in[27:24] ^ in[31:28] ^ in[ 3: 0] ^ in[ 7: 4];
    out[31:28] = in[31:28] ^ in[ 3: 0] ^ in[ 7: 4] ^ in[11: 8];
    out[ 3: 0] = in[ 3: 0] ^ in[ 7: 4] ^ in[11: 8] ^ in[15:12];
  end

endmodule

// AddRoundKey模块
module AddRoundKey(input [127:0] state, input [127:0] roundkey, output reg [127:0] out);

  always @(*) begin
    out = state ^ roundkey;
  end

endmodule

// KeyExpansion模块
module KeyExpansion(input [127:0] key, output reg [127:0] roundkey [0:ROUNDS-1]);

  reg [31:0] w [0:43];

  always @(*) begin
    w[0] = key[127:96] ^ 32'd0;
    w[1] = key[ 95:64] ^ 32'd0;
    w[2] = key[ 63:32] ^ 32'd0;
    w[3] = key[ 31: 0] ^ 32'd0;

    for (i = 4; i <= 43; i = i + 1) begin
      if (i mod 4 == 0) begin
        w[i] = w[i-4] ^ SubBytes(w[i-1] ^ 32'h01000000) ^ 32'h18R;
      end else begin
        w[i] = w[i-4] ^ w[i-1];
      end
    end

    for (i = 0; i < ROUNDS; i = i + 1) begin
      roundkey[i] = { w[4*i], w[4*i+1], w[4*i+2], w[4*i+3] };
    end
  end

endmodule

// SM4模块
initial begin
  KeyExpansion(key, roundkey);
end

always @(posedge clk) begin
  if (rst == 1'b1) begin
    state <= plaintext;
  end else begin
    AddRoundKey(state, roundkey[0], state);
    for (i = 1; i < ROUNDS; i = i + 1) begin
      SubBytes(state, state);
      ShiftRows(state, state);
      MixColumns(state, state);
      AddRoundKey(state, roundkey[i], state);
    end
    SubBytes(state, state);
    ShiftRows(state, state);
    AddRoundKey(state, roundkey[ROUNDS], ciphertext);
  end
end

endmodule

上面的代码只是一个简单的示例，真实的SM4算法的Verilog设计还需要考虑更多的细节问题，例如时序约束、测试和验证等。

基于UVM验证SM4算法的verilog设计

基于UVM（Universal Verification Methodology）验证SM4算法的Verilog设计，可以按照以下步骤进行：

1. 定义DUT（Design Under Test）：定义SM4模块的输入输出端口，并实例化SM4模块。

2. 定义Testbench：定义测试环境，包括生成测试向量、设置时钟和复位信号等。

3. 定义Sequence：定义测试序列，包括输入测试向量、期望输出和检查输出是否正确等。

4. 定义Driver：将测试序列中的测试向量和期望输出写入DUT的输入端口，并等待DUT的输出。

5. 定义Monitor：监控DUT的输出，并将实际输出传递给Scoreboard进行比较。

6. 定义Scoreboard：比较DUT的实际输出和测试序列中的期望输出是否一致。

7. 定义Coverage：定义覆盖率模型，包括状态机覆盖率、分支覆盖率等。

下面是一个基于UVM验证SM4算法的Verilog设计的示例：

module sm4_tb;

  // 定义DUT
  sm4 dut (
    .clk(clk),
    .rst(rst),
    .plaintext(plaintext),
    .key(key),
    .ciphertext(ciphertext)
  );

  // 定义Testbench
  initial begin
    // 设置时钟和复位信号
    clk = 1'b0;
    forever #5 clk = ~clk;
    rst = 1'b1;
    #10 rst = 1'b0;

    // 生成测试向量
    plaintext = 'h0123456789abcdeffedcba9876543210;
    key = 'h0123456789abcdeffedcba9876543210;

    // 发送测试序列
    seq = new("sm4_seq");
    seq.start(monitor, scoreboard);
  end

  // 定义Monitor
  class sm4_monitor extends uvm_monitor;
    `uvm_component_utils(sm4_monitor)

    // 监控DUT的输出
    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      forever begin
        @(posedge dut.clk) begin
          if (dut.ready == 1'b1) begin
            scoreboard.write(dut.ciphertext);
          end
        end
      end
    endtask

  endclass

  // 定义Scoreboard
  class sm4_scoreboard extends uvm_scoreboard;
    `uvm_component_utils(sm4_scoreboard)

    // 比较DUT的实际输出和测试序列中的期望输出是否一致
    virtual function void write(input logic [127:0] actual);
      expect = seq.get_next_item();
      if (actual !== expect.ciphertext) begin
        `uvm_error("SCOREBOARD", $sformatf("Actual: %h, Expected: %h", actual, expect.ciphertext))
      end
    endfunction

  endclass

  // 定义Sequence
  class sm4_seq extends uvm_sequence;
    `uvm_object_utils(sm4_seq)

    sm4_seq(string name = "sm4_seq");
    constraint plaintext_c { plaintext == 'h0123456789abcdeffedcba9876543210; }
    constraint key_c { key == 'h0123456789abcdeffedcba9876543210; }
    constraint ciphertext_c { ciphertext == 'h681edf34d206965e86b3e94f536e4246; }

  endclass

  // 定义Driver
  class sm4_driver extends uvm_driver;
    `uvm_component_utils(sm4_driver)

    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      sm4_seq seq;
      forever begin
        seq = seq_fifo.try_get();
        if (seq == null) begin
          @(seq_fifo.get_put_event());
          continue;
        end
        dut.plaintext <= seq.plaintext;
        dut.key <= seq.key;
        seq_fifo.done_item(seq);
        @(posedge dut.ready);
      end
    endtask

  endclass

  // 定义Top
  class sm4_top extends uvm_test;
    `uvm_component_utils(sm4_top)

    sm4_seq seq;
    sm4_monitor monitor;
    sm4_scoreboard scoreboard;
    sm4_driver driver;

    function new(string name = "sm4_top", uvm_component parent = null);
      super.new(name, parent);
    endfunction

    virtual function void build_phase(uvm_phase phase);
      super.build_phase(phase);
      seq = sm4_seq::type_id::create("seq");
      monitor = sm4_monitor::type_id::create("monitor");
      scoreboard = sm4_scoreboard::type_id::create("scoreboard");
      driver = sm4_driver::type_id::create("driver");
    endfunction

    virtual function void connect_phase(uvm_phase phase);
      super.connect_phase(phase);
      monitor.ap.connect(dut.ap);
      driver.seq_fifo.connect(seq_fifo);
    endfunction

    virtual task run_phase(uvm_phase phase);
      seq.start(monitor, scoreboard);
      seq.wait_for_sequence_state_idle();
      driver.seq_fifo.start_item(seq);
      repeat(1) driver.seq_fifo.finish_item();
      seq.wait_for_sequence_state_done();
    endtask

  endclass

endmodule

上面的代码中，通过UVM框架实现了验证SM4算法的Verilog设计，并且包括了Testbench、Sequence、Driver、Monitor、Scoreboard和Coverage等模块，可以实现全面的功能验证和覆盖率分析。