摘 要：本文介紹了利用計(jì)算機(jī)ISA、PCI總線(xiàn)和打印機(jī)接口設(shè)計(jì)密碼電路�；贑PLD設(shè)計(jì)密碼電路，具有加密性能好的特性。通過(guò)并行打印機(jī)接口設(shè)計(jì)一個(gè)密碼電路，密碼存儲(chǔ)在電路中，通過(guò)操作接口讀取密碼。ISA總線(xiàn)可以直接讀取電路密碼，PCI總線(xiàn)可以通過(guò)W89C940af對(duì)密碼電路進(jìn)行操作，讀取設(shè)置密碼。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 密碼電路 ISA和PCI總線(xiàn)
1 引言
隨著計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)行速度在不斷提高，至今已經(jīng)到約2GHz，基本內(nèi)存也達(dá)到了1M~512M，給計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件運(yùn)行提供了較好的運(yùn)行條件，同時(shí)也足金促進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展。軟件技術(shù)是一個(gè)了比較好的新興產(chǎn)業(yè)，銷(xiāo)售產(chǎn)值在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占比例也越來(lái)越大，發(fā)展軟件行業(yè)具有比較好的優(yōu)點(diǎn)，既不占用自然資源，又能夠獲得相當(dāng)高的利潤(rùn)。世界各國(guó)都相當(dāng)重視該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有一定的扶持力度。在全球所有軟件企業(yè)中Microsoft 公司是銷(xiāo)售產(chǎn)值很高。
計(jì)算機(jī)的接口電路設(shè)計(jì)主要依靠USB接口、ISA總線(xiàn)、PCI總線(xiàn)、串行RS-232接口、紅外線(xiàn)接口等，一些該高級(jí)軟件配備的接口卡、接口電路主要基于ISA總線(xiàn)、PCI總線(xiàn)，本文簡(jiǎn)單介紹這兩種總線(xiàn)的接口電路，具有防復(fù)制等特點(diǎn)。
2 系統(tǒng)資源分配
由于計(jì)算機(jī)的CPU和相應(yīng)的接口電路的高度集成化，使得計(jì)算機(jī)主板上的接口電路越來(lái)越少。系統(tǒng)是通過(guò)主板上的I/O接口地址來(lái)實(shí)現(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備的[1]，例如：讀取硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)是通過(guò)直接訪(fǎng)問(wèn)1F0~1F7H的接口地址，也就實(shí)現(xiàn)了訪(fǎng)問(wèn)硬盤(pán)的操作。COM1的地址是2F8~2FFH，COM2時(shí)，其地址是3F8~3FFH，當(dāng)鼠標(biāo)器連接到串行口時(shí)，計(jì)算機(jī)在上電復(fù)位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)接入串行鼠標(biāo)，并確定鼠標(biāo)器通訊功能。在系統(tǒng)的系統(tǒng)地址，并行接口LPT1和LPT2為專(zhuān)用打印機(jī)使用，地址分別是278~27FH、378~37FH，計(jì)算機(jī)接口被不斷的開(kāi)發(fā)，并行接口已經(jīng)有了更多的用途。
3 ISA總線(xiàn)的接口電路
利用CPLD設(shè)計(jì)ISA總線(xiàn)的接口電路，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電路運(yùn)行速度快、加密性能好等特點(diǎn)。Xilinx公司的可編程邏輯器件（CPLD）XC9572，有84個(gè)引腳，其中，可作為I/O（輸入/輸出）68個(gè)引腳，內(nèi)部有1600個(gè)邏輯門(mén)，72個(gè)宏單元，響應(yīng)速度7~15ns。ISA總線(xiàn)密碼接口電路如圖1所示，D0~D7是計(jì)算機(jī)訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備的低8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，A0~A19是訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備的20條地址總線(xiàn)，IOR是讀外部設(shè)備數(shù)據(jù)信息的讀選通線(xiàn)，IOW是向外部設(shè)備發(fā)送信息或命令的寫(xiě)選通線(xiàn)，RST是計(jì)算機(jī)的復(fù)位線(xiàn)，在復(fù)位時(shí)，密碼電路與計(jì)算機(jī)同時(shí)復(fù)位。
ISA總線(xiàn)的地址A(19,0)、IOR、IOW和AEN經(jīng)過(guò)譯碼作為片選、時(shí)鐘，對(duì)一組觸發(fā)器電路進(jìn)行操作，就能夠讀取密碼數(shù)據(jù)。在選擇地址時(shí)，一般情況下，A(10)~A(19)為空，既隨機(jī)狀態(tài)。密碼電路地址可以選擇打印機(jī)接口地址278H、279H、27AH。例如：選擇278H，在密碼電路中，通過(guò)地址278H讀取一組低8位數(shù)據(jù)D(7,0)，就能夠作為軟件運(yùn)行的密碼，控制軟件是工作還是退出。在圖中，根據(jù)緩沖器的電路特性[2]，利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設(shè)計(jì)一組只讀八位緩沖器電路，并將緩沖器的輸入端A1、A3、A4、A7設(shè)置為“1”電平，把A0、A2、A5、A6設(shè)置為“0”電平，當(dāng)讀取緩沖器時(shí)，有恒定數(shù)據(jù)9AH，此數(shù)據(jù)即為密碼電路的密碼數(shù)值。
圖1ISA總線(xiàn)的加密電路
其中ISA總線(xiàn)的選通278H地址的邏輯公式是：
G1 = "a<3>" * "a<4>" * "a<5>" * "a<6>" * /"a<7>" * /"a<8>" * /"a<9>" * /"a<0>" * /"a<1>" * /"a<2>" */aen */ ior (1)
4 PCI總線(xiàn)接口電路
計(jì)算機(jī)的PCI總線(xiàn)被普遍應(yīng)用，一些速度快、內(nèi)存容量大等新型計(jì)算機(jī)主板已經(jīng)以PCI總線(xiàn)為主。PCI總線(xiàn)的特點(diǎn)是體積小，速度快等。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的板卡利用PCI總線(xiàn)是大勢(shì)所趨。利用PCI總線(xiàn)設(shè)計(jì)密碼電路如圖2所示。電路中利用了臺(tái)灣華邦（Winband）公司生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)PCI總線(xiàn)接口電路W89C940，最大運(yùn)行速度是10MS。PCI總線(xiàn)與ISA總線(xiàn)在工作原理上有所區(qū)別，PCI總線(xiàn)卡必須擁有驅(qū)動(dòng)程序，不同功能的計(jì)算機(jī)卡的驅(qū)動(dòng)程序也不相同，因此計(jì)算機(jī)所有的PCI總線(xiàn)電路都必須配備一只串行EEPOAM ，例如AT93C46，用來(lái)存放驅(qū)動(dòng)碼。
圖2PCI密碼電路結(jié)構(gòu)圖
對(duì)上圖中密碼電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設(shè)計(jì)一組電路[3]，具有可以寫(xiě)數(shù)據(jù)，再讀數(shù)據(jù)的八-D觸發(fā)器電路，得到PCI總線(xiàn)的密碼電路如圖3所示，電路的數(shù)據(jù)D[7：0]經(jīng)過(guò)輸入緩沖器IC2輸入到八-D觸發(fā)器，其控制選通端是LW，當(dāng)LW信號(hào)為“0”時(shí)，數(shù)據(jù)D[7：0]輸入到八-D觸發(fā)器，并且鎖存數(shù)據(jù)，當(dāng)輸出選通信號(hào)LR為“0”時(shí)，輸出數(shù)據(jù)Q[7：0]傳輸?shù)紻B[7：0]，即讀取八-D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)軟件在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)寫(xiě)、讀數(shù)據(jù)就起到加密的作用。
圖3PCI總線(xiàn)的加密電路
5 并行接口的接口電路
并行密碼電路的設(shè)計(jì)都是選用計(jì)算機(jī)的并行打印機(jī)接口。打印機(jī)接口LPT1，數(shù)據(jù)傳輸形式、連接器插座等在IEEE1284中有明確的規(guī)定，主要特性是，數(shù)據(jù)傳送總線(xiàn)DB7~DB0，打印機(jī)工作忙BUSY，pin1是數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，pin10是打印機(jī)接收數(shù)據(jù)。Atmel公司的EEPROM器件AT93C46，具有比較低的工作電流，所以將其正電源VCC連接到ERR端。其工作方式是首先輸入控制字，讀取數(shù)據(jù)就寫(xiě)入讀控制字，寫(xiě)器件就寫(xiě)入寫(xiě)控制字，之后才能讀或?qū)?6位（16bit）數(shù)據(jù)。讀操作過(guò)程是，寫(xiě)入讀控制字，寫(xiě)入7位（7bit）地址，接下來(lái)就可以在輸出端接收數(shù)據(jù)，每當(dāng)輸入一個(gè)時(shí)鐘，就有一位（1bit）輸出，輸出16位后自動(dòng)結(jié)束。打印機(jī)接口的加密電路可以設(shè)計(jì)許多種方式，例如；時(shí)間電路，寫(xiě)入電路的數(shù)據(jù)與讀出數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)。
6 說(shuō) 明
基于計(jì)算機(jī)總線(xiàn)設(shè)計(jì)密碼電路的方法，經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)證明方便實(shí)用，這種方法的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用CPLD設(shè)計(jì)密碼電路簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快，能夠比較好地實(shí)現(xiàn)密碼讀寫(xiě)功能。計(jì)算機(jī)密碼電路的設(shè)計(jì)有多種方法，各種方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)際上，在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以增加一些邏輯功能用來(lái)事實(shí)現(xiàn)功能加密、工作狀態(tài)加密、時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)加密等電路，這樣能夠更好地起到真正加密的作用。
