基于FPGA的电子按键密码锁设计-电子论文

发布时间：2015-04-12

　　电子暗码锁与保守暗码锁比拟，具有平安性高、成本低、易操作等诸多长处。正因如斯，电子暗码锁近年来成长敏捷，诸如按键式暗码锁、卡片式暗码锁、以及愈加复杂的指纹识别、虹膜识别等暗码锁接踵呈现。目前使用最普遍、手艺最成熟的电子暗码锁还属按键式和卡片式暗码锁，但卡片设备具有易磨损、寿命短、易受干扰等错误谬误，而且一旦卡片丢失，将对暗码锁的利用形成极大未便。

　　FPGA作为成长敏捷的现代设想手艺，曾经被普遍使用于军事、空间、电子消费类产物等范畴，是现代暗码和谈、算法实现的优选平台。FPGA 内部算法能够并行施行，且不具有法式跑飞等风险。论文针对当前电子暗码锁的成长示状，设想了一种基于FPGA的按键暗码锁。为简化电布局，节流逻辑资本，充实阐扬FPGA的靠得住性，本文采用了根基电加模式节制的设想方式;同时提出了一种冗余编码连系掩码加密的硬件加密方式，使得开锁暗码在对外部暗码存储模块读写的过程中难以被泄露，从而极大地提高了暗码锁的平安性。

　　1 电子暗码锁设想道理

　　采用6位十六进制数作为开锁暗码，外部暗码输入准确，能成功，输入错误也能断根和重置;持续3次暗码输入错误后，系统将死锁，此时暗码锁不再响应按键输入信号，只能通过特定解锁信号解除死锁;具有点窜暗码功能，可以或许按照特定的流程对开锁暗码进行点窜。暗码锁工作在一般解锁、点窜暗码和死锁三种形态下，形态转移如图1所示。

　　图1中，“一般解锁”形态下，按下特定功能按键使暗码锁进入“点窜暗码”形态，暗码点窜完成后前往“一般解锁”形态;任一形态下持续三次输入暗码错误，进入“死锁”形态，此时只要特定 硬件解锁信号才能使暗码锁前往“一般解锁”形态。

　　图2 暗码锁电道理框图

　　图2中，灰色方框内为FPGA内部模块，完成整个暗码锁的逻辑功能。外接键盘是暗码锁的输入设备，包罗十六进制暗码按键和暗码锁功能按键。因为目前FPGA芯片大多基于SRAM 架构，掉电后法式和数据城市清零，因而需要外接一片暗码存储芯片对用户设置的暗码进行存储。部门基于FLASH 架构的FPGA 芯片虽然具有掉电后保留法式的能力，可是内部FLASH的读写只能通过JTAG进行，仿照照旧需要外接暗码存储芯片。显示、开锁和报警模块别离实现暗码锁的按键位数显示、开锁信号和报警信号输出功能。

　　FPGA 内部电次要由输入节制、暗码比力、输出节制、暗码办理和模式节制等模块形成。此中输入节制模块完成对外接键盘信号的键值提取和按键消抖功能;暗码比力模块用于对当前输入暗码和暗码存储模块中保留的准确暗码进行比力;输出节制模块用于节制显示模块显示暗码输入位数，并针对暗码比力成果和当前电模式，节制开锁和报警信号;暗码办理模块担任处置对外部暗码存储模块的读/写以及掩码加/解密等操作。当按键输入暗码时，暗码办理模块从暗码存储模块中读取暗码，送入暗码比力模块与输入暗码进行比力;当点窜暗码时，暗码办理模块将按键输入新暗码写入暗码存储模块，更新暗码锁的开锁暗码。

　　上述输入节制、暗码比力、输出节制、暗码办理等模块足以上锁、解锁这一根基功能得以实现。然而本文设想要求中还包罗点窜暗码和 死锁报警功能，使得电逻辑愈加复杂。为此，本文采用一种根本电加模式节制的方式来设想暗码锁，就是将一个功能相对复杂的逻辑电划分为几个相对的工作模式，针对分歧模式别离设想电模块;然后分析各个模式共用的电模块作为根本电，并引入模式节制模块对根本电的工作模式进行无效的办理。具体到本设想傍边，整个暗码锁能够分为一般解锁、点窜暗码和死锁三种模式。其常解锁和点窜暗码的流程别离如图3(a)和图3(b)所示。

　　图3 一般解锁和点窜暗码流程图

　　如图3 所示，在一般解锁和点窜暗码模式下，都需要完成按键输入、原暗码读取、暗码比力、暗码输入错误计数、显示输出等功能。因而根本电能够由图2中的输入节制、暗码比力、输出节制、暗码办理等模块形成，而模式节制模块担任节制根本电在分歧模式间进行切换。例如，在一般解锁模式下，根本电按照图3(a)中的流程工作;按下点窜暗码键，模式变为点窜暗码，根本电工作流程如图3(b)所示。

　　根本电中各个模块在分歧模式下各司其职，分模式复用，不会发生冗余的功能模块;模式节制模块统领全局，节制整个根本电的模式转换。因而，采用上述设想方式，能够简化电布局，节流逻辑资本，使得逻辑流程愈加清晰，便于电布局和功能的拓展。