2018-2019-1 20165207 20165209 20165215 实验二——固件程序设计

2018-2019-1 20165207 20165209 20165215 实验二——固件程序设计

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任务一 MDK

实验目的

1. 参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.1-1.5安装MDK，JLink驱动，注意，要用系统管理员身分运行uVision4，破解MDK（破解程序中target一定选ARM）
2. 提交破解程序中产生LIC的截图
3. 提交破解成功的截图

实验步骤

• 将"mdk474.exe"文件安装在自己创建的名为“Keil 4”的文件夹中
• 在同一文件夹下安装ULINK 驱动
• 右键点击桌面上创建的快捷方式“Keil uVision4”，选择“以管理员身份运行”
• 点击File->License Management…，在弹出的窗口中复制CID

• 再运行 keil-MDK 注册机，粘贴 CID 并选择 ARM，然后点击 generate 生成 LIC

• 将注册机生成的 LIC 复制到 keil4中的 LIC 输入框中，点击 Add LIC，破解完成

任务二

实验目的

参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图
参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.9”完成LED实验，注意“打开Z32的电源开关前，按住Reboot按键不放，两次打开电源开关，Z32即可被电脑识别，进行下载调试。提交运行结果截图
实验报告中分析代码

实验步骤

• 在"Keil 4"文件夹下安装 MDK-ARM_AddOn_SC000_Support.exe 文件
• 以管理员身份运行“Keil uVision4”后，选择 Project——>New uVision Project新建工程
• 在芯片库选择框选择Generic SC000 Device Database ，点击Ok
• 点开 ARM 结构目录，选择 SC000，点击 OK，安装完成

• 打开“Z32 开发指南实验 1-LED 闪烁”目录的工程文件，编译主函数产生后缀名为.bin 的可执行代码

• 用USB线连接电脑和试验箱，打开NZDloadTool.exe
• 按住Reboot按钮的同时两次开关试验箱左上角部分的电源开关，Z32被识别，Download tool界面左侧显示已连接设备，然后浏览之前编译生成的.bin文件，点击下载

• 对实验箱重新给电，即可观察到L2灯开始闪烁

代码分析

int main(void)
{
	SystemInit (); //系统中断向量设置，使能所有中断
    
	if(0 == GPIO_GetVal(0))
	{
		BtApiBack(0x55555555, 0xAAAAAAAA);
	}
	//判断按键，返回 boot 条件，确认是否进行程序下载；
	GPIO_PuPdSel(0,0);	//设置GPIO0为上拉
	GPIO_InOutSet(0,0); //设置GPIO0为输出
	while(1)
	{
		delay(100);
		GPIO_SetVal(0,0);  //输出低电平，点亮LED
		delay(100);
		GPIO_SetVal(0,1);  //输出高电平，熄灭LED	
	}
	//进入循环程序， LED 灯间隔 100ms 闪烁。
}

任务三

实验目的

1. 参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图
2.参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.10”完成UART发送与中断接收实验，注意“打开Z32的电源开关前，按住Reboot按键不放，两次打开电源开关，Z32即可被电脑识别，进行下载调试。提交运行结果截图
3.实验报告中分析代码

实验步骤

• 打开“UART发送与中断接收”目录下的Z32HUA.uvproj工程文件并编译，将生成的.bin文件下载到实验箱

• 除了用USB公线连接电脑和实验箱外，还需要用9针串口线将 Z32 模块的串口与电脑USB接口连接
• 在电脑上打开串口助手，选择对应的串口号，设置波特率为115200， 偶校验（Even），选中“发送新行”，然后打开串口
• 对Z32重新给电，程序自动运行，可以在串口调试助手中看到PC机 串口接收到 Z32 串口发送来的信息

代码分析

串口相关函数包括中断服务、波特率设置初始化发送 /接收单 字节、发送符串单个十进制整数、发送某一长度的字符串、接收多字节函数：

• void UART_IrqService(void) 是串口中 断服务函数，本实验现断执行子程序，从 PC 端串口调试助手发送数据至 Z32 ，Z32 再经串口 发送给 PC 机

void UART_IrqService(void)
{
    UARTCR &= ~TRS_EN;
    {
        do
        {
            shuju[uart_rx_num] = UARTDR;
                if(shuju[uart_rx_num]=='
'||shuju[uart_rx_num]=='
')
                {
                    shuju_lens = uart_rx_num;
                    uart_rx_num=0;
                    uart_rx_end=1;
                }
                else uart_rx_num++;
        }
        while(FIFO_NE & UARTISR);               
    }
    UARTCR |= TRS_EN;
}

• void UART_BrpSet(UINT16 set) 是波特率设置 函数，串口实验波特率设置为115200

void UART_BrpSet(UINT16 set)
{
    UINT16 brp=0;
    UINT8 fd=0; 
    if(0 == set)
    {
        //uartband@115200bps
        fd = SCU->UARTCLKCR & 0x80; 
        switch(fd)
        {
            case 0x80:        /*内部时钟12M晶振*/
                brp = 0x0068;
                break;
            case 0x00:        /*内部时钟*/
                brp = 0x00AD;  
                break;        
            default:
                brp = 0x00AD;
                break;
        }
        fd = SCU->UARTCLKCR & 0x7f ; 
        brp =   brp/(fd+1);
    }
    else
    {
        brp = set;
    }
    UARTBRPH = (UINT8)((brp >> 8) & 0xFF);
    UARTBRPL = (UINT8)((brp) & 0xFF);
}

• void UART_Init(void) 是串口初始化函数，，实现配 置串口时钟、使能中断

void UART_Init(void)
{
    IOM->CRA |= (1<<0); //使能Uart接口
    SCU->MCGR2 |= (1<<3); //使能Uart总线时钟

    /******配置Uart时钟（建议使用外部晶振）******/
    SCU->SCFGOR |= (1<<6);//使用外部晶振
    SCU->UARTCLKCR |= (1<<7);//使用外部时钟
//  SCU->UARTCLKCR &= ~(1<<7);//使用默认OSC时钟

    UART_BrpSet(0);  //设置波特率为默认115200
    UARTISR = 0xFF;  //状态寄存器全部清除
    UARTCR |= FLUSH; //清除接收fifo
    UARTCR = 0;      //偶校验


    /******配置中断使能******/
    UARTIER |= FIFO_NE;
//  UARTIER |= FIFO_HF;
//  UARTIER |= FIFO_FU;
//  UARTIER |= FIFO_OV;
//  UARTIER |= TXEND;
//  UARTIER |= TRE; 
    ModuleIrqRegister(Uart_Exception, UART_IrqService); //挂载终端号
}  

• void UART_SendByte(UINT8 dat) 是发送单字节函数，使用此函数一次发 送一个字节数据

void UART_SendByte(UINT8 dat)
{  
    UARTCR |= TRS_EN;
    UARTDR = dat;
    do
    {
       if(UARTISR & TXEND)
        {                                         
            UARTISR |= TXEND;//清楚发送完成标志，写1清除
            break;
        }
    }
    while (1);
    UARTCR &= (~TRS_EN);    
}

• void UART_SendString(UINT8 * str) 是发送字符串函数 ，使用此函数发送 字符串数据

void UART_SendString(UINT8 * str)
{
    UINT8 *p ;
    p=str;
    while(*p!=0)
    {
        UART_SendByte(*p++);
    }
}

• void uart_SendString(UINT8 buf[],length) 是发送某一长度的字符 串函数，实现发送一定长度的字符据

void uart_SendString(UINT8 buf[],UINT8 length)
{
    UINT8 i=0;
    while(length>i)
    {
        
        UART_SendByte(buf[i]);
        i=i+1;
    }
}

• void UART_SendHex(UINT8 dat) 是发送单个十六进制整数 函数，使用此 函数 发送一个十六进制整数

void UART_SendHex(UINT8 dat)
{
    UINT8 ge,shi;
    UART_SendByte('0');
    UART_SendByte('x');
    ge = dat%16;
    shi = dat/16;
    if(ge>9) ge+=7;    //换成大写字母
    if(shi>9) shi+=7;
    UART_SendByte(0x30+shi);
    UART_SendByte(0x30+ge);
    UART_SendByte(' ');
}

• UINT8 UART_GetByte(*data) 是接收单字节函数 是接收单字节函数 数，使用此函数接 收单字节数据

UINT8 UART_GetByte(UINT8 *data)
{

    UINT8 ret= 0; 
    if(0 != (UARTISR & FIFO_NE))
    {
        *data = UARTDR;
        ret = 1;
    } 
    return ret;
}

• void UART_Receive(UINT8 *receive, len) 是接收多字节函数 ，使 用此函数接收多个字节据

void UART_Receive(UINT8 *receive, UINT8 len)
{  
    while(len != 0)
    {
        if(len >= 4)
        {
            while (!(UARTISR & FIFO_FU));
            *receive++ = UARTDR;
            *receive++ = UARTDR;
            *receive++ = UARTDR;
            *receive++ = UARTDR;             
            len -= 4;
      
        }   
        else if(len >= 2)
        {
            while (!(UARTISR & FIFO_HF));               
            *receive++ = UARTDR;
            *receive++ = UARTDR;             
            len -= 2;
        }       
        else
        {
             while (!(UARTISR & FIFO_NE));
             *receive++ = UARTDR;
             len--;
        }
    }
}

• 主函数

int main(void) 
{ 
    SystemInit (); //系统中断向量设置，使能所有中断 
    if (0 == GPIO_GetVal(0)) 
    { 
     	BtApiBack(0x55555555, 0xAAAAAAAA); 
    } 
    // 	判断按键，返回boot条件，确认是否进行程序下载
    UART_Init();    //初始化 Uart, 使能 Uart 接口，配置 Uart 中断并使能； 
    UART_SendByte('A');  //Uart 发送一个字符 A 
    UART_SendByte('
');UART_SendByte('
');//换行 
    UART_SendString("Welcome to Z32HUA!");  //Uart 发送字符串 
    UART_SendByte('
');UART_SendByte('
');//换行 
    UART_SendNum(1234567890);       //Uart发送一个十进制数 
    UART_SendByte('
');UART_SendByte('
');//换行 
    UART_SendHex(0xAA);     //Uart 发送一个十六进制数 
    UART_SendByte('
');UART_SendByte('
');//换行 
    while(1)  {   	if(uart_rx_end) 
	  	{ 
	  	 	uart_rx_end=0; 
	  	 	uart_SendString(shuju,shuju_lens); 
	  	} 
     }  //循环程序，等待串口中断到来并判断数据是否接收完毕，若中断到来，转入执行串口中断服务程序，待接收数据完毕，Z32 将数据发回串口助手。 
} 

任务四

• SM1算法
  • 类型：分组对称加解密算法
  • 用途：电子政务、电子商务、VPN加密、文件加密、通信加密、数字电视、电子认证及国民经济的各个应用领域。
  • 对应《密码学》课程中的AES、DES算法
• SM2算法
  • 类型：基于ECC的非对称加解密算法
  • 用途：密钥管理，数字签名，电子商务，PKI，信息及身份认证等信息安全应用领域
  • 对应《密码学》课程中的ECC椭圆曲线算法
• SM3算法
  • 类型：消息摘要、杂凑函数
  • 用途用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成
  • 对应《密码学》课程中的MD5算法
• SM4算法
  • 类型：分组对称加解密算法
  • 用途：用于无线局域网和可信计算系统的专用分组密码算法
  • 对应《密码学》课程中的3-DES算法

在Ubuntu中运行国密算法测试程序

任务五

实验目的

1. 参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图
2. 参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.16”完成SM1加密实验，注意“打开Z32的电源开关前，按住Reboot按键不放，两次打开电源开关，Z32即可被电脑识别，进行下载调试。提交运行结果截图
3. 实验报告中分析代码

实验步骤

• 打开“exp2SM1”目录下的Z32HUA.uvproj工程文件并编译，将生成的.bin文件下载到实验箱
• 用9针串口线将电脑与Z32部分连接
• 打开sscom42.exe串口助手，完成相关设定后关闭再打开实验箱Z32部分的电源开关
• 按照电子屏的提示插入IC卡。
• 插入正确的卡后显示相应信息，然后按A校验密码
• 按照步骤进行进一步的加解

代码分析

int main(void) 
{ 
    SystemInit (); //系统初始化，中断设置使能所有
    if(0 == GPIO_GetVal(0)) 
    { 
	  	BtApiBack(0x55555555, 0xAAAAAAAA); 
    } 
    // 判断按键，返回 boot条件，确认是否进行程序下载；
	GPIO_Config(6); /*初始化 IC 卡插入检测 IO口GPIO6*/ 	 	 
    GPIO_PuPdSel(6,0); //上拉 
    GPIO_InOutSet(6,1); //输入     
    UART_Init(); //串口初始化
    lcd_init();  //LCD12864 初始化
    KEY_Init();  // 矩阵键盘初始化
    lcd_pos(0,0);//定位第一行  
    lcd_string("SLE4428 实验！"); //显示字符串“ SLE4428 实验！”
 
	A:while(1) 
    { 
 	    lcd_pos(1,0);//定位第二行  
 	    lcd_string("请插入 IC 卡.  ");  //显示“请插入 IC 卡”等待片插入
 	    delay(1000);
 	    if(GPIO_GetVal(6)==0) break; 
  	    lcd_pos(1,0);//定位第二行   
  	    lcd_string("请插入 IC 卡.. ");   
  	    delay(1000);   	
  	    if(GPIO_GetVal(6)==0) break; 
     	lcd_pos(1,0);//定位第二行   
     	lcd_string("请插入 IC 卡...");   
     	delay(1000);  
     	if(GPIO_GetVal(6)==0) break; 
    } 
    if(SLE4428_InitAndRST(2)!=0xFFFFFFFF)  //收到 ATR 
    {   
    lcd_pos(1,0);//定位第二行   
    lcd_string("已插入 SLE4428"); //显示“已SLE4428 
    }
    else  {   
    lcd_pos(1,0);//定位第二行  
    lcd_string("卡不正确 ");  //卡片插入错 误则第二行显示“卡不正确 ”
    SLE4428_Deactivation(); //下电，去激活   delay(1000);  
    goto A;  
 } 
    lcd_pos(2,0);//定位第三行 
    lcd_string("用户代码为："); 
    SLE4428_ReadData(0x15,UserCode,6); //读取用户代码 
    lcd_pos(3,0);//定位第四行
    for(UINT8 i=0;i<6;i++) 
    lcd_Hex(UserCode[i]) ; 
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 
    lcd_wcmd(0x01);//清屏 
    lcd_pos(0,0);//定位第一行 
    lcd_string("按-A 键校验密码");  
    lcd_pos(1,0);//定位第二行  
    lcd_string("校验 0xFF,0xFF"); 
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 
        lcd_pos(2,0);//定位第三行  
    if(SLE4428_PassWord(0xFF,0xFF)==1) 	     	
        lcd_string("校验成功"); 
    else 
	  	{lcd_string("校验失败"); return 0;} 
    lcd_pos(3,0);//定位第四行 
    switch(SLE4428_ReadByte(0x03fd))//查看剩余密码验证机会 
    { 
      	case 0xff:
      	    lcd_string("剩余机会： 8 次");
      	    break;   
      	case 0x7f:
      	    lcd_string("剩余机会： 7 次");
      	    break;   
      	case 0x3f:    
      	    lcd_string("剩余机会： 6 次");
      	    break;   
        case 0x1f:
            lcd_string("剩余机会： 5 次");
            break;
        case 0x0f:
            lcd_string("剩余机会： 4 次");
            break;   
        case 0x07: 
            lcd_string("剩余机会： 3 次");
            break;  
        case 0x03: 
            lcd_string("剩余机会： 2 次");
            break;  
        case 0x01: 
            lcd_string("剩余机会： 1 次");
            break;  
        case 0x00: 
            lcd_string("剩余机会： 0 次");
            break;  
        default: break; 
    } 
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 B: 
        lcd_wcmd(0x01);//清屏  
    lcd_pos(0,0);//定位第一行  
    lcd_string("加密解密实验");  
    lcd_pos(1,0);//定位第二行 
    lcd_string("1.加密"); 
    lcd_pos(2,0);//定位第三行 
    lcd_string("2.解密"); 
    do 
    { 
	  	C=KEY_ReadValue(); 
    } while(C!='1'&&C!='2'); //等待 1 或 2 键按下  
    lcd_wcmd(0x01);//清屏 
    if(C=='1') 	goto jiami;  
    else if(C=='2')	goto jiemi; 
    else ; 
jiami: 
    lcd_pos(0,0);//定位第一行  
    lcd_string("观看串口调试助手");  
    lcd_pos(1,0);//定位第二行 
    lcd_string("A 键确认加密");  
    UART_SendString("将加密以下数据:
");  
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	  	UART_SendHex(jiamiqian[i]); 
    } 
    UART_SendString("
"); 
    UART_SendString("加密密钥:
"); 
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	 	UART_SendHex(jiamimiyue[i]); 
    } 
    UART_SendString("
");  
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 
	SM1_Init(jiamimiyue); 	 	 //SM1 初始化 
    SM1_Crypto(jiamiqian, 16, 0, 0, 0,jiamihou);//进行加密 
    SM1_Close(); //关闭安全模块  
    UART_SendString("加密后的数据:
");
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	  	UART_SendHex(jiamihou[i]); 
    } 
    UART_SendString("
");  
    lcd_pos(2,0);//定位第三行 
    lcd_string("加密完成"); 
    lcd_pos(3,0);//定位第四行  
    lcd_string("A 键存入 IC 卡");  
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下  
        for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
        { 
            SLE4428_Write_Byte(0x20+i,jiamihou[i]); //设置 IC 卡 0x20 地址为存储加密数据的地址 
        } 
    UART_SendString("已将数据写入 IC 卡。
"); 
    UART_SendString("
");
    goto B; 

jiemi: 
    lcd_pos(0,0);//定位第一行 
    lcd_string("观看串口调试助手"); 
    lcd_pos(1,0);//定位第二行 
    lcd_string(" A 键读取 IC 卡数据"); 
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 
    SLE4428_ReadData(0x20,jiemiqian,16); 
    UART_SendString("读取的数据为：
"); 
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	  	UART_SendHex(jiemiqian[i]); 
    } 
    UART_SendString("
");  
    lcd_wcmd(0x01);//清屏  
    lcd_pos(0,0);//定位第一行  
    lcd_string("读取成功"); 
    lcd_pos(1,0);//定位第二行 
    lcd_string("选择密钥解密：");
    lcd_pos(2,0);//定位第三行 
    lcd_string("1.正确密钥");  
    lcd_pos(3,0);//定位第四行 
    lcd_string("2.错误密钥"); 
    do 
    { 
	  	C=KEY_ReadValue(); 
    } while(C!='1'&&C!='2'); //等待 1 或 2 键按下  
    lcd_wcmd(0x01);//清屏 
    if(C=='1') 	  
    {  
        for(UINT8 i=0;i<16;i++)   
        jiemimiyue[i] = jiamimiyue[i]; 	 
    } 
    else if(C=='2') { 
        for(UINT8 i=0;i<16;i++)  
        jiemimiyue[i] = cuowumiyue[i]; 
    }
    else ; 
    UART_SendString("将使用以下密钥进行解密：
"); 
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	  	UART_SendHex(jiemimiyue[i]); 
    } 
    UART_SendString("
");
    lcd_pos(0,0);//定位第一行  
    lcd_string("A 键确认解密");
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下  
    SM1_Init(jiemimiyue); 	 	 //SM1 初始化 
    SM1_Crypto(jiemiqian, 16, 1, 0, 0,jiemihou); //进行解密  
    SM1_Close(); //关闭安全模块 
    lcd_pos(1,0);//定位第二行
    lcd_string("解密完成");
    lcd_pos(2,0);//定位第三行
    lcd_string("A 键返回"); 
    UART_SendString("解密后的数据为：
"); 
    for(UINT8 i=0;i<16;i++) 
    { 
	  	UART_SendHex(jiemihou[i]); 
    } 
    UART_SendString("
"); 
    UART_SendString("
");
    while(KEY_ReadValue()!='A'); //等待 A 键按下 
    goto B; 
    SLE4428_Deactivation(); //下电，去激活,实验结束 
    while(1) {}
} 
 //延时函数，当系统时钟为内部 OSC 时钟时，延时 1ms void delay(int ms) 
{ 
 int i; 
 while(ms--) 
 { 
 for(i=0;i<950;i++) ; 
 } 
}  

实验中遇到的问题及解决方法

问题：无法打开NZDownloadTool.exe
解决方法：运行串口驱动之后即可打开