FPGA实现AES加解密的无线保密通信终端设计

本文主要探讨了一种基于FPGA的片上系统的无线保密通信终端的设计。该系统利用硬件描述语言VHDL在Xilinx SPARTAN3E FPGA中实现了高级加密标准(AES)的加解密功能，以提供强大的数据安全性。设计的关键创新在于结合了硬件与软件的优势：通过PS/2键盘输入加密密钥并显示在LCD上，实现了人机交互；软核MicroBlaze处理器通过SPI总线管理FIFO和RAM，控制射频芯片CC2420，支持信道选择、地址识别以及自动CRC校验，有效降低通信误码率。 系统设计的核心技术包括： 1. **硬件AES加密**：通过VHDL编程在FPGA中实现了高效的AES算法，利用FPGA的并行处理能力，克服了传统CPU和DSP在数据加密速度上的限制，确保了加密性能的高效率。 2. **PS/2键盘与LCD交互**：通过接口设计，用户可以通过键盘输入密钥，并通过LCD实时显示操作状态，增强了系统的易用性。 3. **软核MicroBlaze控制**：作为主控制器，MicroBlaze协调FPGA与CC2420的通信，通过SPI总线读写FIFO和RAM，实现了对无线通信链路的智能管理。 4. **数据帧优化**：在官方Zigbee数据帧的基础上，设计者优化了数据帧结构，提高了数据传输速率，同时添加了前导码、帧起始分隔符和CRC检验，确保数据的准确无误。 5. **错误纠正机制**：采用CRC校验、超时重传和ACK/NACK机制，确保数据的可靠传输，防止数据丢失或错误。 6. **模块化设计**：系统由加密端、软核MicroBlaze和CC2420通信模块组成，各部分协同工作，形成一个高效、安全的无线通信终端系统。 本文介绍了一种结合了硬件加速和软件灵活性的无线保密通信解决方案，通过FPGA的特性，提高了数据处理速度和安全性，适合于对实时、高效和安全有高要求的应用场景。