2.2. Алгоритм работы устройства защиты информации

На рис. 2.9 изображена структурная схема предлагаемого устройства защиты информации (ЗИ).

Рис. 2.9. Структурная схема устройства

Программная часть подробно описана в подразделе 2.4, аппаратная – в подразделе 2.3.

2.3. Аппаратная часть устройства

В качестве аппаратного устройства управления потоком данных предлагается использование контроллера фирмы Atmel.

ATMEL содержит полноскоростной USB-модуль, совместимый с техническими требованиями USB версий 1.1 и 2.0. Данный модуль интегрирует USB-трансиверы со стабилизатором напряжения 3,3 В и процессор последовательного интерфейса (SIE) с цифровой схемой ФАПЧ для синтеза частоты 48 МГц. Модуль USB также содержит логику определения USB-события (сброс и приостановка/возобновление), а также буферы FIFO, поддерживающие принудительное управление конечной точкой (EP0) и до 6 универсальными конечными точками (EP1/EP2/EP3/EP4/EP5/EP6) при минимальном программном описании [36].

ATMEL поддерживает функции младших версий и отличается расширением объема флэш-памяти до 32 кБ, внутреннего ОЗУ до 256 байт, 4-уровневой системой прерываний, двумя 16-разрядными таймерами-счетчиками (T0/T1), полнодуплексным УАПП и встроенным генератором.

Кроме того, ATMEL содержит встроенное расширенное ОЗУ размером 1024 байт, двойной указатель данных, 16-разрядный реверсивный таймер (T2), программируемый счетный массив (PCA), до 4 программируемых источников тока для управления светодиодами, программируемый аппаратный сторожевой таймер и схема сброса при подаче питания.

ATMEL имеет два программно выбираемых режима для снижения потребляемой мощности. В режиме холостого хода (idle) работа ЦПУ приостанавливается, но таймеры, последовательные порты и система прерываний остаются в работе. В режиме выключения (power-down) сохраняется содержимое ОЗУ, останавливается синхронизация периферийных устройств, но микроконтроллер сохраняет возможность пробуждения через событие USB или по внешнему прерыванию [36].

Отличительными особенностями данного контроллера являются его следующие характеристики:

1. Ядро (6 тактов на инструкцию):

• максимальная частота ядра 40 МГц в режиме X1;

• двойной указатель данных;

• полнодуплексный улучшенный УАПП( УУАПП);

• три 16-разрядных таймера-счетчика: T0, T1 и T2;

• 256 байт сверхоперативной памяти.

2. 32-кБ встроенной флэш-памяти с внутрисхемным программированием через USB или УАПП

3. 4 кБ ЭППЗУ для загрузочного сектора (3 кБ) и данных (1 кБ)

4. Встроенное расширенное ОЗУ (XRAM): 1024 байт

5. Модуль USB с прерыванием на завершение передачи:

• Конечная точка 0 для управления передачей : 32 байтный буфер FIFO;

• 6 программируемых конечных точек с направлениями ввода и вывода и с режимами передачи: массовый, прерывающийся и изохронный.

6. Конечные точки 1, 2, 3: 32-байтный буфер FIFO

7. Конечные точки 4, 5: размер буфера FIFO 2 x 64-байта с двойной буферизацией (режим Ping-pong)

8. Конечная точка 6: 2 x 512-байтный буфер FIFO с двойной буферизацией ( режим Ping-pong):

• Прерывания по приостановке/возобновлению;

• Сброс при подаче питания и сброс USB шины;

• Генерация 48 МГц схемой ФАПЧ для полноскоростного функционирования шины;

• Разъединение USB шины по запросу микроконтроллера.

9. 5 канальный программируемый счетный массив (PCA) с 16-разрядным счетчиком, быстродействующим выходом, сравнением/захватом фронтов, функциями ШИМ и сторожевого таймера

10. Программируемый сторожевой таймер (однократно разрешает после сброса): от 50 мс 6 с при 4 МГц

11. Интерфейс подключения клавиатуры с генерацией прерывания на порте P1 (8 разрядов)

12. SPI интерфейс (режим главный/подчиненный)

13. 34 линии ввода-вывода

14. 4 вывода для подключения светодиода с программируемым источником тока : 2-6-10 мА типично

15. 4-уровневая система прерываний с приоритетами (11 источников)

16. Режимы холостого хода и экономичный

17. Встроенный генератор 0…32 МГц с аналоговой схемой ФАПЧ для синтеза 48 МГц

18. Стабилизатор напряжения и выход опорного источника : 3.3В/4 мА

19. Низкий диапазон напряжения источника питания:

• 3.0В…3.6В;

• Максимальный рабочий ток 30 мА (при 40 МГц);

• В экономичном режиме потребление 100 мкА.

20. Коммерческий и промышленный температурные диапазоны

21. Корпуса: PLCC52, VQFP64, MLF48, SO28

Структура микроконтроллера представлена на рис. 2.10. Структурная схема USB-модуля в микроконтроллере ATMEL представлена на рис. 2.11. Расположение выводов контроллера показана на рис. 2.12.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Р ис. 2.11. Структурная схема USB-модуля в микроконтроллере ATMEL

Рис. 2.12. Расположение выводов ATMEL

ATMEL содержит специальный аппаратный модуль, который позволяет ему обеспечивать обмен данными по USB. Для этого необходимы опорные синхроимпульсы с частотой 48 МГц, которые вырабатываются контроллером синхронизации. Эти синхроимпульсы используются для формирования тактовых импульсов с частотой 12 МГц из принятого дифференциального потока данных USB и передачи данных на высокой скорости, соответствующей требованиям к USB устройствам. Формирование синхроимпульсов выполняется цифровой системой ФАПЧ [36].

Блок автоматов последовательного интерфейса (SIE) выполняет NRZI кодирование и декодирование, вставку бита, формирование битов проверки на четность (CRC кодирование и декодирование) и последовательно-параллельное преобразование данных.

Описание светодиодов, перемычек и кнопок

Светодиод VD1 показывает подключен ли интерфейс RS232, VD3 и VD4 служат для индикации обмена данными по линиям Rx и Tx RS232 интерфейса, VD5 – индикатор питания. Перемычка P1 соединяет кнопку с линией PSEN либо с линией KINO, P2 – отключает сигнал VREF от USB – это необходимо для того, чтобы при подключенном USB кабеля к плате, отключить постоянное напряжение 3,3В, тогда операционная система воспримет это действие как отключение устройства от USB. Кнопка К1 - кнопка сигнала внешнего прерывания INT0, К2 – нажимается перед подключением платы к USB порту компьютера, позволяет войти в режим In-System программирование, К3 - кнопка сброса.

Для обеспечения необходимого для зашумления значения напряжения сигнала на выходе микроконтроллера требуется подключить усилитель сигнала. Используется традиционная схема усилителя на биполярном транзисторе, работающем в ключевом режиме, включенным по схеме с общим эмиттером. Напряжение, подаваемое на базу транзистора, определяется стабилитроном VD1. Резисторы R1, R2, R3 ограничивают ток через стабилитрон VD1 и транзистор VT1.