一、產(chǎn)品說(shuō)明

安全芯片NRSEC3000采用32位嵌入式RISC架構(gòu)的CPU。特點(diǎn)是低功耗、高性能、高代碼密度，具有獨(dú)立的存儲(chǔ)器保護(hù)單元（mpu）和存儲(chǔ)器加密單元（meu），是高性能、低功耗、具有豐富的內(nèi)部協(xié)處理器和對(duì)外接口的安全芯片。

芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了國(guó)家商用密碼產(chǎn)品所需的SM2和SM1算法專用加密模塊、DES/3DES加密模塊和RSA公鑰算法引擎。另外，芯片提供32位硬件加密處理器，可用于實(shí)現(xiàn)公鑰算法，摘要算法以及AESDES等對(duì)稱算法。芯片內(nèi)嵌32位真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器TRNG，可滿足COS開發(fā)者的密碼學(xué)應(yīng)用，可節(jié)約軟件開銷，提高軟件實(shí)現(xiàn)效率。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

1、芯片擁有豐富的對(duì)外接口，包括：7816（智能卡接口、一種串口，半雙工）主/從收發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)t=0和t=1協(xié)議，支持多種通信速率；硬件spi（一種串口，全雙工）主/從模塊。

2、芯片提供增強(qiáng)的安全特性。通過對(duì)存儲(chǔ)器管理單元mmu進(jìn)行配置，完成工作模式設(shè)置及相關(guān)權(quán)限設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)由硬件保證安全性的一卡多應(yīng)用。另外，芯片提供了包括電壓、頻率檢測(cè)機(jī)制，程序和數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)機(jī)制以及代碼保護(hù)機(jī)制等安全機(jī)制，以對(duì)抗物理攻擊、剖片探測(cè)等。

3、芯片是高性能、低功耗、具有豐富的內(nèi)部協(xié)處理器和對(duì)外接口。

三、產(chǎn)品性能

SM2簽名：2.34s/次

SM 1加解密：3.38mb/s

SM2密鑰產(chǎn)生：1.62 s/次

SM 2簽名驗(yàn)證：4.68s/次

SM 2公鑰運(yùn)算：4.67s/次

SM2私鑰運(yùn)算：1.63 s/次

1 簡(jiǎn)介

1.1 芯片概述

處理器：本安全芯片采用32位嵌入式RISC架構(gòu)的CPU， 特點(diǎn)是低功耗、高性能、高代碼密度， 具有獨(dú)立的存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU） 和存儲(chǔ)器加密單元（MEU） 。

加密算法：芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了國(guó)家商用密碼產(chǎn)品所需的SM2和SM1算法專用加密模塊、 DES/3DES加密模塊和RSA公鑰算法引擎。另外，芯片提供32位硬件加密處理器，可用于實(shí)現(xiàn)公鑰算法、摘要算法以及AES、 DES等對(duì)稱算法。芯片內(nèi)嵌32位真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器TRNG，可滿足COS開發(fā)者的密碼學(xué)應(yīng)用，可節(jié)約軟件開銷，提高軟件實(shí)現(xiàn)效率。

通訊接口：芯片擁有豐富的對(duì)外接口，包括：7816（智能卡接口、一種串口，半雙工） 主/從收發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)T=0和T=1協(xié)議，支持多種通信速率；硬件SPI（一種串口，全雙工） 主/從模塊。

信息安全：芯片提供增強(qiáng)的安全特性。通過對(duì)存儲(chǔ)器管理單元MMU進(jìn)行配置，完成工作模式設(shè)置及相關(guān)權(quán)限設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)由硬件保證安全性的一卡多應(yīng)用。另外，芯片提供了包括電壓、頻率檢測(cè)機(jī)制，程序和數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)機(jī)制以及代碼
保護(hù)機(jī)制等安全機(jī)制，以對(duì)抗物理攻擊、剖片探測(cè)等。

應(yīng)用領(lǐng)域：芯片是高性能、低功耗、具有豐富的內(nèi)部協(xié)處理器和對(duì)外接口的安全芯片，可以作為智能卡、電子密鑰、 SIM 卡或接觸式智能 IC 卡，用于國(guó)家商用密碼專用算法應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)銀行應(yīng)用、 PKI 卡、 SIM 卡、付費(fèi)電視應(yīng)用、城市一卡通應(yīng)用等對(duì)信息安全有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.2 芯片結(jié)構(gòu)

1.2.1 中央處理器（CORE）

該 CPU（CORE） 是針對(duì)信息安全應(yīng)用的 32 位 RISC 核， 包括與 RISC 核整合在一起的存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU）。MPU 模塊將存儲(chǔ)器空間劃分為 2 個(gè)固定和8 個(gè)可編程的存儲(chǔ)器區(qū)，通過靈活、強(qiáng)大的訪問保護(hù)模式，數(shù)據(jù)/地址的加密/解密機(jī)制，防止對(duì)敏感數(shù)據(jù)的非法訪問，為 CPU 提供更多安全保護(hù)。硬核中還加入了先進(jìn)的反攻擊機(jī)制，使以之為核的 SOC 芯片更加安全。 主要特性：

1) 高性能的安全 RISC 核；

2) 低功耗、高性能設(shè)計(jì)；

3) 32 位讀取/存儲(chǔ) RISC 架構(gòu)；

4) 高度優(yōu)化的多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；

5) 16*32 位通用寄存器文件；

6) 13*32 位控制寄存器文件；

7) 快速中斷支持（支持向量/自動(dòng)向量中斷， 128 個(gè)中斷/異常向量， 16*32位交替寄存器文件用于快速中斷支持）；

8) CLB 總線、 AMBA 總線支持（支持 byte/halfword/word 訪問）；

9) 強(qiáng)大的安全性能（提供存儲(chǔ)器保護(hù)單元、優(yōu)化的布局提高了安全性能，不可跟蹤和重復(fù)的安全測(cè)試模式）；

10) 可擴(kuò)展的模擬器，便于應(yīng)用軟件開發(fā)和安全調(diào)試。

1.2.2 芯片配置模塊（CCM）

芯片配置模塊用來(lái)控制芯片的配置和工作模式。

主要特性：

1) 選擇芯片工作模式（ 主模式及從模式， 單芯片模式及多芯片模式，EFLASH 測(cè)試模式，真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 TRNG 測(cè)試模式）；

2) 選擇 boot 設(shè)備；

3) 對(duì)總線進(jìn)行配置。

1.2.3 復(fù)位控制器模塊

復(fù)位控制器模塊用來(lái)決定系統(tǒng)是否需要復(fù)位， 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?yàn)橄到y(tǒng)喚醒復(fù)位信號(hào)， 并對(duì)產(chǎn)生復(fù)位的原因進(jìn)行記錄。復(fù)位模塊中包含了低電壓檢測(cè)器（LVD）和高電壓檢測(cè)器（HVD）。

主要特性：

1) 四個(gè)復(fù)位源（上電復(fù)位，看門狗定時(shí)器復(fù)位， 低電壓檢測(cè)復(fù)位，高電壓檢測(cè)復(fù)位）；

2) 軟件設(shè)置復(fù)位管腳 RSTOUT 使芯片系統(tǒng)復(fù)位；

3) 軟件讀取狀態(tài)字（從狀態(tài)字可以看出上次復(fù)位的原因）。

1.2.4 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊包含晶振（OSC）、狀態(tài)和控制寄存器以及控制邏輯單元。

主要特性：

1) 兩個(gè)可選時(shí)鐘源（外部晶振，內(nèi)部環(huán)形振蕩器）

2) 支持低功耗模式；

3) 獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)；

1.2.5 存儲(chǔ)器集成模塊

存儲(chǔ)器集成模塊用來(lái)控制內(nèi)部總線與內(nèi)存模塊間信息的傳輸。具有兩個(gè)外部存儲(chǔ)器的片選信號(hào) CS0 和 CS1。

主要特性：

1) 固定基地址，具有 256KB 空間

2) 具有兩個(gè)外部存儲(chǔ)器的片選信號(hào) CS0 和 CS1。

1.2.6 嵌入式 Flash 模塊（EFM）

嵌入式 FLASH（EFLASH）模塊具有 32 位可編程嵌入式 FLASH 存儲(chǔ)器，使用頁(yè)擦除操作可以擦除一頁(yè)（2048 字節(jié)）上所有數(shù)據(jù)，擦寫操作是在 CPU指令的控制下進(jìn)行的。

主要特性：

1) 256KB 的 FLASH 內(nèi)存；

2) 自動(dòng)擦寫操作；

3) 具有安全機(jī)制；

1.2.7看門狗定時(shí)器模塊（WDT）

16 位看門狗（Watchdog） 定時(shí)器是在程序非正常運(yùn)行的情況下強(qiáng)制恢復(fù)系統(tǒng)。實(shí)際上就是一個(gè)減法計(jì)數(shù)器，一般給看門狗一個(gè)大數(shù)，程序開始運(yùn)行后看門狗開始倒計(jì)數(shù)。如果程序運(yùn)行正常，過一段時(shí)間 CPU 應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗復(fù)位，重新開始倒計(jì)數(shù)。如果看門狗減到 0 就認(rèn)為程序沒有正常工作，強(qiáng)制整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。

工作模式如下：

1) 等待模式；

2) 休眠模式；

3) 停止模式；

4) 調(diào)試模式。

1.2.8 可編程中斷定時(shí)器模塊（PIT）

16 位可編程中斷定時(shí)器在系統(tǒng)出現(xiàn)正常中斷時(shí)提供精準(zhǔn)的中斷信號(hào)，它實(shí)際上也是一個(gè)減法計(jì)數(shù)器。

其工作模式與看門狗定時(shí)器相同：

1) 等待模式；

2) 休眠模式；

3) 停止模式；

4) 調(diào)試模式。

1.2.9 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器特點(diǎn)如下：

1) 空間大小為 20KB；

2) 地址空間固定；

3) 支持字節(jié)（8 位）、半字（16 位）及字（32 位）讀寫訪問；

4) 超級(jí)用戶或普通用戶都可以訪問。

1.2.10 加密處理器模塊

加密處理器模塊支持常用的公鑰加密算法。

主要特性：

1) 整數(shù)運(yùn)算；

2) 模運(yùn)算；

3) 大數(shù)操作。

1.2.11DMA 控制器

DMA(Direct Memory Access)即直接內(nèi)存存取， 它允許不同速度的硬件裝置直接進(jìn)行溝通，而不需要或盡量減少 CPU 的參與。

主要特性：

1) 一個(gè)可編程 DMA 控制器通道；

2) 數(shù)據(jù)以 8 位、 16 位、 32 位傳輸；

1.2.12 通用串行接口（USI）

這里采用的接口即 ISO7816 接口。

主要特性：

1) 支持智能卡模式和讀卡器模式；

2) 支持 T=0 和 T=1 協(xié)議；

3) 數(shù)據(jù)傳輸為半雙工；

4) 1 個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器和 1 個(gè)數(shù)據(jù)接收緩沖器；

5) 13bit 波特率可選， F/D 因子可選（11.625,23.25,46.5,93,186,372,744）；

6) 采用硬件奇偶校驗(yàn)。

1.2.13串行外設(shè)接口模塊（SPI）

串行外設(shè)接口（SPI） 為 MCU 和外設(shè)提供同步全雙工的串行通訊，可以使用軟件進(jìn)行對(duì)串口的設(shè)置。

審核編輯：劉清