Xilinx FPGA实现的无线保密通信终端：AES加密与CC2420协作设计

本文档主要探讨了基于Xilinx FPGA的片上系统无线保密通信终端的设计，针对实时安全通信系统中软件加密算法实施的效率瓶颈问题。传统的CPU和DSP由于计算能力限制，无法满足数据加密算法的高计算速度需求，且在处理其他任务时易成为瓶颈。FPGA作为高度优化的可编程硬件平台，提供了并行处理能力，能够实现高效的加密处理性能。 设计者选择了Xilinx SPARTAN 3E作为开发平台，利用其嵌入式软核Microblaze作为主控制器。通过硬件VHDL编程，实现了AES（高级加密标准）的加解密功能，这不仅提高了加密性能，而且增加了系统的灵活性和可升级性。为了增强系统交互性和安全性，设计还包含了PS/2键盘输入加密密钥以及LCD显示功能，通过SPI总线控制射频芯片CC2420，实现信道选择、地址识别和自动CRC（循环冗余校验）校验，降低了通信误码率。 在数据帧设计上，作者对官方Zigbee数据帧格式进行了优化，引入前导码、帧起始分隔符和CRC检验，以提升传输效率。为了确保数据的可靠传输，采用了CRC校验、超时重传、ACK（确认）和NOACK（无确认）机制来防止数据错误和丢失。 整个系统模块包括加密端和接收端，加密端负责接收数据并进行AES加密，然后打包组帧并通过CC2420无线发送，等待发送确认。接收端则解析接收到的数据，执行快速解密操作。这种设计结合了硬件加速和软件控制的优势，使得基于FPGA的无线保密通信终端在实时安全通信中展现出高效和可靠的特性。