双界面智能卡芯片数字电路的设计与实现

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随着集成电路设计技术的不断发展和信息化进程的不断深入,智能卡作为一种包含数据存储和处理能力的消费类产品,凭借其数据存储量大、安全性高等优势,已经广泛应用于手机、交通、医疗、门禁、学校、身份证等领域。智能卡的飞速发展也给基于传统ASIC(Application Specific Integrated Circuit)设计方法的芯片设计带来了新的挑战。SoC(System on Chip)设计理论和技术的发展则使得系统级芯片在集成电路的设计领域中越来越显现出其优势。  SoC设计主要研究系统设计方法和IP核使用等问题。基于系统设计方法,本文首先进行了市场化的分析和定位,通过分析智能卡的应用和发展现状、当前的市场情况和智能卡系统的性能等,从系统功能、系统低功耗和高安全性三方面定出了智能卡SoC的设计目标。  本文重点从软硬件划分的合理性、微处理器IP核的选择、存储器的选择和连接、外设模块的连接等方面进行了分析,提出了基于8051微处理器的系统架构,然后对该架构进行了分析,指出了这种架构具有可扩展性强,开发周期短等特点。  另外,基于智能卡低功耗的设计需求,本文在分析了CMOS电路功耗来源的基础上提出了设计上从系统层到逻辑层所使用的一些低功耗设计方法。此外,在安全性方面,在对智能卡的攻击方法进行分析的基础上提出了本设计的安全策略。主要包括真随机数发生器、DES/3DES和SF33加解密算法、存储器保护和如低电压检测、温度检测、防DPA(Differential Power Analysis)攻击等专用安全电路。  最后,对双界面智能卡芯片的验证测试平台、方法与流程进行了分析。总结了芯片的最终测试结果。  本文所设计的双界面智能卡芯片不仅通过了仿真验证,还成功的在SMIC0.18μm2P4M eFlash工艺下流片,芯片的最终测试结果说明该智能卡芯片已经基本达到了预期的设计目标。  本文的研究成果不仅具有很强的实用性,现己初步实现了产品化。而且对于小型SoC系统架构设计、系统低功耗设计以及智能卡的产品化测试均有很好的借鉴意义。
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