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　　電子密碼鎖與傳統密碼鎖相比，具有安全性高、成本低、易操作等諸多優點。正因如此，電子密碼鎖近年來發展迅速，諸如按鍵式密碼鎖、卡片式密碼鎖、以及更加復雜的指紋識別、虹膜識別等密碼鎖相繼出現。目前應用最廣泛、技術最成熟的電子密碼鎖還屬按鍵式和卡片式密碼鎖，但卡片設備具有易磨損、壽命短、易受外界磁場干擾等缺點，并且一旦卡片丟失，將對密碼鎖的使用造成極大不便。　　FPGA作為發展迅速的現代設計技術，已經被廣泛應用于軍事、空間、電子消費類產品等領域，是現代密碼協議、算法實現的優選平臺。FPGA內部算法可以并行執行，且不存在程序跑飛等風險。論文針對當前電子密碼鎖的發展現狀，設計了一種基于FPGA的按鍵密碼鎖。為簡化電路結構，節省邏輯資源，充分發揮FPGA的可靠性，本文采用了基本電路加模式控制的設計方法；同時提出了一種冗余編碼結合掩碼加密的硬件加密方法，使得開鎖密碼在對外部密碼存儲模塊讀寫的過程中難以被泄漏，從而極大地提高了密碼鎖的安全性。　　1電子密碼鎖設計原理　　采用6位十六進制數作為開鎖密碼，外部密碼輸入正確，能成功指示，輸入錯誤也能清除和重置；連續3次密碼輸入錯誤后，系統將死鎖，此時密碼鎖不再響應按鍵輸入信號，只能通過特定解鎖信號解除死鎖；具有修改密碼功能，能夠按照特定的流程對開鎖密碼進行修改。密碼鎖工作在正常解鎖、修改密碼和死鎖三種狀態下，狀態轉移如圖1所示。　　圖1中，正常解鎖狀態下，按下特定功能按鍵使密碼鎖進入修改密碼狀態，密碼修改完成后返回正常解鎖狀態；任一狀態下連續三次輸入密碼錯誤，進入死鎖狀態，此時只有特定硬件解鎖信號才能使密碼鎖返回正常解鎖狀態。　　圖1密碼鎖狀態轉移圖　　2基于FPGA的邏輯電路實現　　根據密碼鎖功能需求，密碼鎖電路原理框圖如圖2所示。　　圖2密碼鎖電路原理框圖　　圖2中，灰色方框內為FPGA內部模塊，完成整個密碼鎖的邏輯功能。外接鍵盤是密碼鎖的輸入設備，包括十六進制密碼按鍵和密碼鎖功能按鍵。由于目前FPGA芯片大多基于SRAM架構，掉電后程序和數據都會清零，因此需要外接一片密碼存儲芯片對用戶設置的密碼進行存儲。部分基于FLASH架構的FPGA芯片雖然具有掉電后保存程序的能力，但是內部FLASH的讀寫只能通過JTAG進行，仍舊需要外接密碼存儲芯片。顯示、開鎖和報警模塊分別實現密碼鎖的按鍵位數顯示、開鎖信號和報警信號輸出功能。　　FPGA內部電路主要由輸入控制、密碼比較、輸出控制、密碼管理和模式控制等模塊構成。其中輸入控制模塊完成對外接鍵盤信號的鍵值提取和按鍵消抖功能；密碼比較模塊用于對當前輸入密碼和密碼存儲模塊中保存的正確密碼進行比較；輸出控制模塊用于控制顯示模塊顯示密碼輸入位數，并針對密碼比較結果和當前電路模式，控制開鎖和報警信號；密碼管理模塊負責處理對外部密碼存儲模塊的讀寫以及掩碼加解密等操作。當按鍵輸入密碼時，密碼管理模塊從密碼存儲模塊中讀取密碼，送入密碼比較模塊與輸入密碼進行比較；當修改密碼時，密碼管理模塊將按鍵輸入新密碼寫入密碼存儲模塊，更新密碼鎖的開鎖密碼。　　上述輸入控制、密碼比較、輸出控制、密碼管理等模塊足以保證上鎖、解鎖這一基本功能得以實現。然而本文設計要求中還包括修改密碼和死鎖報警功能，使得電路邏輯更加復雜。為此，本文采用一種基礎電路加模式控制的方法來設計密碼鎖，就是將一個功能相對復雜的邏輯電路劃分為幾個相對獨立的工作模式，針對不同模式分別設計電路模塊；然后綜合各個模式共用的電路模塊作為基礎電路，并引入模式控制模塊對基礎電路的工作模式進行有效的管理。具體到本設計當中，整個密碼鎖可以分為正常解鎖、修改密碼和死鎖三種模式。其中正常解鎖和修改密碼的流程分別如圖3（a）和圖3（b）所示。　　圖3正常解鎖和修改密碼流程圖12下一頁>

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