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随着集成电路技术的发展,芯片的规模突飞猛进,系统集成芯片(SoC)技术受到了业界的普遍重视,其发展也是日新月异。USB设备控制器作为SoC芯片中非常重要的外围接口控制器,在PC机和嵌入式系统,特别是在存储设备领域得到了广泛应用。本文在分析、研究USB协议基础上,利用软硬件协同设计方法,从基于高层次综合的IP设计流程出发设计并实现了USB设备控制器IP核——ETI USB。在此基础上,我们着眼于信息保密方面的应用,结合自主研发的8052专用密码芯片集成系统——ETISOC,增加了相关程序驱动和应用软件,设计了一款密码安全USB设备控制器——ETI SecUSB,既具有智能卡能够进行身份认证的优点,又能进行大容量数据硬件加密。本文在研究过程中,有以下几点贡献:1.USB IP核的设计与实现。在系统研究USB协议的基础上,结合软硬件划分技术,以系统安全和高性能密码功能服务为目标,本文完成了USB1.1设备控制器IP核设计,解决了包括串行循环冗余校验技术、串行接口引擎模块、USB收发器宏单元模块等关键技术问题,并且进行了全面的RTL级模拟和FPGA仿真验证,实现了可配置端点数和可配置FIFO容量技术,增强了USB IP核的可伸缩性。2.提出硬件实现USB设备枚举过程的设计方法。该设计将设备枚举过程由传统的软件设计转移到硬件层,采用安全状态控制来实现,减轻了USB设备控制器对MCU的依赖,有效整合了系统资源。3.密码安全模块的设计与实现。结合自主研发的8052专用密码芯片集成系统和COS操作系统,完成了以8052微控制器为密码控制仲裁模块,AES和RSA加速器作为加解密和身份认证模块的密码安全功能设计,具有安全、可靠的密码服务功能。4.ETI SecUSB驱动程序设计。系统分析了Windows内核模式下WDM驱动程序,在对其核心数据结构、驱动实现机制和开发方法简要介绍后,解决了ETI_SecUSB驱动程序软硬件协调与调用关系以及关键例程的实现方法。