獲取Xilinx FPGA的DNA的兩個(gè)方法

Xilinx每一個(gè)FPGA都有一個(gè)獨(dú)特的ID，也就是Device DNA，這個(gè)ID相當(dāng)于我們的身份證，在FPGA芯片生產(chǎn)的時(shí)候就已經(jīng)寫死在芯片的eFuse寄存器中，具有不可修改的屬性，因?yàn)槭褂玫氖?a target="_blank">熔斷技術(shù)。值得說明的是，在7系列及以前，這個(gè)ID都是57bit的，但是在Xilinx的Ultraslace架構(gòu)下是96bit。

FPGA的DNA我們一般的使用場景是用于用戶邏輯加密。一般來說，用戶在邏輯上可以通過特定的接口把這個(gè)Device DNA讀取出來，經(jīng)過一系列加密算法之后和預(yù)先在外部Flash存儲的一串加密后的字節(jié)串做比較，這個(gè)flash存儲的加密后的字節(jié)串也是由該DNA經(jīng)過加密后得到，fpga加載程序后可以先從flash讀出該段字節(jié)做比較，如果相同，則讓FPGA啟動(dòng)相應(yīng)的邏輯，如不同，則代表該FPGA沒有經(jīng)過用戶授權(quán)，用戶邏輯上可以關(guān)閉FPGA的邏輯功能甚至可以通過一些手段讓硬件損壞。

如何獲取FPGA的Device DNA呢，下面我從JTAG和調(diào)用源語兩個(gè)方法說明，并開放核心代碼供大家參考。

第一種，通過JTAG獲取，這種方法在ISE的Impact或者vivado都可以實(shí)現(xiàn)，下面介紹在Vivado下如何或者Device DNA，這個(gè)其實(shí)很簡單，首先板卡通過JTAG連接PC，在Flow Navigator -》 PROGRAM AND DEBUG 界面下，點(diǎn)擊對應(yīng)的FPGA的芯片，點(diǎn)擊Hardware Device Properties，在search中搜索dna，在REGISTER下可以找到Device DNA，在Impact下如何獲取DNA網(wǎng)上有相應(yīng)的文章，這里就不做進(jìn)一步介紹。

第二種，用戶邏輯通過調(diào)用源語獲取，至于源語是什么，這里跟大家分享一個(gè)技巧，一般我們使用源語的時(shí)候，往往記不住大量的源語定義，那么如何快速搜索到我們想要的源語呢，在Vivado中，有一個(gè)功能是Language Templates，在Flow Navigator可以找到，里面包含了基本所有的Xilinx提供的源語和一些語法用法，以DNA讀取為例，我們搜索DNA，就可以找到關(guān)于DNA的源語，由于博主用的是VU9P的片子，所以用的是DNA_PORTE2這個(gè)源語，針對7系列及以前，使用的是DNA_PORT源語，這兩個(gè)源語都可以在Language Templates找到。

接下來說一下這個(gè)源語和源語相關(guān)的使用方法，這個(gè)源語本質(zhì)上就是讀取FUSE寄存器表里面的FUSE_DNA寄存器，里面還包含了一個(gè)移位寄存器，源語中的接口本質(zhì)上都是操作移位寄存器，這個(gè)移位寄存器的長度和器件類型有關(guān)，是56或者96bit。源語里面的READ信號，是用于把DNA的值裝載到移位寄存器里面，DIN是移位寄存器的輸入，DOUT是移位寄存器的輸出，SHIFT是移位寄存器的移位使能，CLK是移位寄存器的操作時(shí)鐘，官方提供的源語模型和時(shí)序圖如下，

對于用戶來說，調(diào)用這個(gè)源語，我們只需要按照操作移位寄存器的流程操作就好了，我們目的是讀出源語里面的移位寄存器的值，所以我們設(shè)計(jì)的思路應(yīng)該是首先拉高READ先讓移位寄存器裝載DNA的值，然后在時(shí)鐘上升沿使能SHIFT，這樣子就能讓移位寄存器里面的值移位出來，下面是核心代碼：

module dna_read（

input sys_clk，

input dna_read_rdy，

output ［95:0］ dna_read_dat，

output dna_read_vld）;

wire dna_dout;

wire dna_read;

wire dna_shift;

DNA_PORTE2 #（

.SIM_DNA_VALUE （96‘d0）

）DNA_PORTE2_inst（

.DOUT （dna_dout），

.CLK （sys_clk），

.DIN （dna_dout），

.READ （dna_read），

.SHIFT （dna_shift）

）;

reg ［95:0］ dna_reg = 0;

reg ［7:0］ dna_cnt = 0;

always @ （posedge sys_clk）

begin

if（dna_read_rdy） begin

dna_cnt 《= dna_cnt + 1;

end

else begin

dna_cnt 《= 0;

end

end

// load dna data from the fuse dna register

assign dna_read = dna_cnt == 8’d63;

// for ultrascale

assign dna_shift = （dna_cnt 》= 8‘d100） && （dna_cnt 《= 195）;

always @ （posedge sys_clk）

begin

dna_reg 《= {dna_dout，dna_reg［95:1］};

end

assign dna_read_dat = dna_reg;

assign dna_read_vld = dna_cnt == 8’d196;

endmodule

這是一個(gè)axis總線的模塊，在dna_read_rdy拉高表示外部準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，這時(shí)候模塊讀取DNA的值，然后送出去給外部模塊，外部模塊收到數(shù)據(jù)和dna_read_vld信號，則拉低dna_read_rdy，完成一次dna數(shù)值傳輸流程。