2019-2020-1 20175204 20175202 20175216 《信息安全系统设计基础》实验二 固件程序设计

2019-2020-1 20175204 20175202 20175216 《信息安全系统设计基础》实验二 固件程序设计

组员 20175204 张湲祯 20175202 葛旭阳 20175216 张雪原

任务一【MDK】

一、实验任务：

1. 不经老师允许不准烧写自己修改的代码
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，1.1-1.5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）
3. 提交破解程序中产生LIC的截图
4. 提交破解成功的截图

二、实验步骤：
1.用管理员身份运行uVision4；
2.点击File、License Management，将CID复制下来；
3.运行keil-MDK注册机；
4.在CMRK4-FJN5H中粘贴入CID选择ARM；

三、实验结果截图：

任务二 【LED】

一、实验任务：

1. 不经老师允许不准烧写自己修改的代码
   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，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图
   3.参考云班课资源中“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
   4.实验报告中分析代码

二、实验步骤：
1.以管理员身份打开uVision4 MDK；
2.依次选择Project和New uVision Project来新建工程；
3.为新工程命名，并在芯片库中选择Generic SC000 Device Database；
4.打开ARM结构目录，选择SC000，完成搭建,如下图；

5.打开Main.c，代码如下；

int main(void)
{
/*********************此段代码勿动***********************/
//系统中断向量设置，使能所有中断
  SystemInit ();
// 返回 boot 条件
  if(0 == GPIO_GetVal(0))
  {
      BtApiBack(0x55555555, 0xAAAAAAAA);
  }
/*********************此段代码勿动***********************/
  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 
  }
}
  //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++) ;
  }
}

6.打开老师所给资源中的实验1-LED闪烁工程文件，完成编译后即可产生xxx.bin可执行代码；
7.将实验箱接入电源，用USB公对公线将实验箱的USB接口连接到电脑的USB接口上，打开调试工具NZDownloadTool.exe。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，随后下载调试；
8.当左边框出现1设备已连接时，设备选择中显示芯片型号，此时就可以下载程序了。点击窗口右下方的浏览，选择程序路径为(Z32开发指南实验 1-LED闪烁in32HUA.bin）打开，点击下载。

三、实验结果截图：

四、对代码的分析：
1.系统初始化，中断设置，使能所有中断；
2.判断按键，返回 boot 条件，确认是否进行程序下载；
3.设置 GPIO0 状态为上拉输出；
4.进入循环程序，LED 灯间隔 100ms 闪烁。

任务三 【UART】

一、实验任务：
1.注意不经老师允许不准烧写自己修改的代码;
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，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图;
3.参考云班课资源中“信息安全系统实验箱指导书.pdf “第一章，1.0”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;
4.实验报告中分析代码

二、实验步骤：
1.在KEIL-MDK中添加Z32 SC-000芯片库，步骤同实验二；
2.在user组和driver组下分别打开Main.c和Uart.c，Uart.c代码如下；

**Uart.c**
extern UINT8 shuju_lens; 
extern UINT8 uart_rx_num; 
extern UINT8 uart_rx_end; 

void UART_Irq Service(void) 
{ 
  //*****your code*****/ 
  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; 
} 

/**  
  * @
函数：波特率设置

  * @set
：
  0-
默认波特率 
115200
，其他：需根据时钟源和分频计算出 
set =  
时
钟
(hz)/
波特率

  * @
返回
: none 
  */ 
void UART_Brp Set(UINT16 set) 
{ 
  UINT16 brp=0; 
     UINT8 fd=0;  
     if(0 == set) 
     { 
      //uartband@115200bps 
       fd = SCU->UARTCLKCR & 0x80;  
       switch(fd) 
         { 
         case 0x80:     /*
外部时钟 
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) & 0x FF); 
     UARTBRPL = (UINT8)((brp) & 0x FF); 
} 



/**  
  * @
函数：初始化

  * @
返回：
none 
  */ 
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);//  
使能外部晶振

  SCU->UARTCLKCR |= (1<<7);//
使用外部时钟

// SCU->UARTCLKCR &= ~(1<<7);//
使用内部 
OSC 
时钟


  UART_Brp Set(0);   //
设置波特率为默认 
115200 
  UARTISR = 0x FF;   //
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;  
  Module Irq Register(Uart_Exception, UART_Irq Service); //
挂载中断号

}     


/**  
  * @
函数：
Uart 
发送一个字节

  * @dat:   
要发送的数据字节

  * @
返回：
None 
  */ 
void UART_Send Byte(UINT8 dat) 
{   
  UARTCR |= TRS_EN; 
  UARTDR = dat; 
     do 
     { 
     if(UARTISR & TXEND) 
         {             
             UARTISR |= TXEND;//
清除发送完成标志，写 
1 
清除

             break; 
         } 
     } 
     while (1); 
     UARTCR &= (~TRS_EN); 
} 

/**  
  * @
函数：
Uart 
发送一个字符串

  * @str:   
要发送的字符串

- 76 - 
      shuju_lens = uart_rx_num; 
      uart_rx_num=0; 
      uart_rx_end=1; 
     } 
     else uart_rx_num++; 
      } 
      while(FIFO_NE & UARTISR);     
  } 
  UARTCR |= TRS_EN; 
} 

/**  
  * @
函数：波特率设置

  * @set
：
  0-
默认波特率 
115200
，其他：需根据时钟源和分频计算出 
set =  
时
钟
(hz)/
波特率

  * @
返回
: none 
  */ 
void UART_Brp Set(UINT16 set) 
{ 
  UINT16 brp=0; 
     UINT8 fd=0;  
     if(0 == set) 
     { 
      //uartband@115200bps 
       fd = SCU->UARTCLKCR & 0x80;  
       switch(fd) 
         { 
         case 0x80:     /*
外部时钟 
12M 
晶振
*/ 
              brp = 0x0068; 
              break; 
             case 0x00:     /*
内部时钟
*/ 
     brp = 0x00AD;   
                 break;     
             default: 
                brp = 0x00AD; extern UINT8 shuju[64]; 
extern UINT8 shuju_lens; 
extern UINT8 uart_rx_num; 
extern UINT8 uart_rx_end; 

void UART_Irq Service(void) 
{ 
  //*****your code*****/ 
  UARTCR &= ~TRS_EN; 
  { 
   do 
      { 
       shuju[uart_rx_num] = UARTDR; 
     if(shuju[uart_rx_num]=='
'||shuju[uart_rx_num]=='
') 
     {  
- 80 - 
  * @
返回：
None 
  */ 
void UART_Send Num(INT32 num) 
{ 
  INT32 cnt = num,k; 
  UINT8 i,j; 
  if(num<0) {UART_Send Byte('-');num=-num;} 
  //
计算出 
i 
为所发数据的位数

  for(i=1;;i++) 
  { 
   cnt = cnt/10; 
   if(cnt == 0) break; 
  } 
  //
算出最大被除数从高位分离

  k = 1; 
  for(j=0;j<i-1;j++) 
  { 
   k = k*10; 
  } 
  //
分离并发送各个位

  cnt = num; 
  for(j=0;j<i;j++) 
  { 
   cnt = num/k; 
   num = num%k; 
   UART_Send Byte(0x30+cnt); 
   k /= 10; 
  } 
} 


/**  
  * @
函数：
Uart 
发送一个 
16 
进制整数

  * @dat:   
要发送的 
16 
进制数

  * @
返回：
None  
- 79 - 
  * @
返回：
None 
  */ 
void UART_Send String(UINT8 * str) 
{ 
  UINT8 *p ; 
  p=str; 
  while(*p!=0) 
  { 
   UART_Send Byte(*p++); 
  } 
} 


/**  
  * @
函数：
Uart 
发送某一长度的字符串

  * @buf:   
要发送的字符串

  * @length:   
要发送的长度

  * @
返回：
None 
  */ 

void uart_Send String(UINT8 buf[],UINT8 length) 
{ 
  UINT8 i=0; 
  while(length>i) 
  { 

   UART_Send Byte(buf[i]); 
   i=i+1; 
  } 
} 


/**  
  * @
函数：
Uart 
发送一个十进制整数

  * @num:   
要发送的整数
                 break; 
         } 
    fd = SCU->UARTCLKCR & 0x7f ;  
     brp =  brp/(fd+1); 
     } 
     else 
     { 
      brp = set; 
     } 
  UARTBRPH = (UINT8)((brp >> 8) & 0x FF); 
     UARTBRPL = (UINT8)((brp) & 0x FF); 
} 



/**  
  * @
函数：初始化

  * @
返回：
none 
  */ 
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);//  
使能外部晶振

  SCU->UARTCLKCR |= (1<<7);//
使用外部时钟

// SCU->UARTCLKCR &= ~(1<<7);//
使用内部 
OSC 
时钟


  UART_Brp Set(0);   //
设置波特率为默认 
115200 
  UARTISR = 0x FF;   //
状态寄存器全部清除

  UARTCR |= FLUSH; //
清除接收 
fifo 
  UARTCR = 0;    //
偶校验

  */ 
void UART_Send Hex(UINT8 dat) 
{ 
  UINT8 ge,shi; 
  UART_Send Byte('0'); 
  UART_Send Byte('x'); 
  ge = dat%16; 
  shi = dat/16; 
  if(ge>9) ge+=7;     //
转换成大写字母

  if(shi>9) shi+=7; 
  UART_Send Byte(0x30+shi); 
  UART_Send Byte(0x30+ge); 
  UART_Send Byte(' '); 
} 


/**  
  * @
函数：
Uart 
接收一个字节

  * @param receive addsress 
  * @
返回：
  flag 
  */ 
UINT8 UART_Get Byte(UINT8 *data) 
{ 

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

/**  
  * @
函数：
Uart  
接收多个字节
   * @param receive addsress 
  * @len
：

长度

  * @
返回：
none 
  */ 
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--; 
   } 
  } 
} 

-------------
**main.c**

UINT8 shuju_lens; 
UINT8 shuju[64]; 
UINT8 uart_rx_num; 
UINT8 uart_rx_end; 

int main(void) 
{ 
/*********************
此段代码勿动
***********************/ 
  //
系统中断向量设置，使能所有中断

  System Init (); 
     //  
返回 
boot 
条件

  if(0 == GPIO_Get Val(0)) 
  { 
   Bt Api Back(0x55555555, 0x AAAAAAAA); 
  }
  /*********************
此段代码勿动
***********************/ 

  UART_Init();     //
初始化 
Uart 

  UART_Send Byte('A');                   //Uart 
发送一个字符 
A 
  UART_Send Byte('
');UART_Send Byte('
');//
换行


  UART_Send String("Welcome to Z32HUA!");   //Uart 
发送字符串

  UART_Send Byte('
');UART_Send Byte('
');//
换行


  UART_Send Num(1234567890);                //Uart 
发送一个十进制数

  UART_Send Byte('
');UART_Send Byte('
');//
换行


  UART_Send Hex(0x AA);                   //Uart 
发送一个十六进制数

  UART_Send Byte('
');UART_Send Byte('
');//
换行


  while(1) 
  { 
   if(uart_rx_end) 
   { 
    uart_rx_end=0; 
    uart_Send String(shuju,shuju_lens); 
   } 
  }   //
等待接收中断。

} 

//
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++) ; 
  } 
}  

3.打开实验8-SM1工程文件。编译工程，产生xxx.bin 可执行代码；
4.将实验箱接入电源，用USB公对公线将实验箱的USB接口连接到电脑的USB接口上，随后打开Z32下载调试工具 NZDownloadTool.exe。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，随后进行下载调试；
5.当左边框出现1设备已连接，设备选择中显示芯片型号，此时就可以下载程序了。此时点击窗口右下浏览，选择程序路径为Z32开发指南实验 8-SM1in32HUA.bin并打开，最后点击下载。

三、实验结果截图：

四、对代码的分析：
串口相关函数:
1.包括串口中断服务、波特率设置、串口初始化、发送/接收单字节、发送字符串、发送单个十进制整数、发送单个十六进制整数、发送某一长度的字符串、接收多字节函数;
2.void UART_IrqService(void)是串口中断服务函数，本实验中实现串口中断执行子程序，从PC端串口调试助手发送数据至Z32，Z32再经串口发送PC机;
3.void UART_BrpSet(UINT16set)是波特率设置函数，串口实验波特率设置为 115200;
4.void UART_Init(void)是串口初始化函数，实现配置串口时钟、使能中断;
5.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;
6.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;
7.void uart_Send String(UINT8 buf[],UINT8length)是发送某一长度的字符串函数，实现发送一定长度的字符串数据;
8.void UART_Send Num(INT32 num)是发送单个十进制整数函数，使用此函数发送一个十进制整数;
9.void UART_Send Hex(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;
10.UINT8 UART_Get Byte(UINT8 *data)是接收单字节函数，使用此函数接收单字节数据;
11.void UART_Receive(UINT8 *receive, UINT8 len)是接收多字节函数，使用此函数接收多个字节数据。
主函数:
1.系统初始化，中断设置，使能所有中断;
2.判断按键，返回 boot 条件，确认是否进行程序下载;
3.初始化Uart，使能Uart接口，配置Uart中断并使能;
4.先发送单个字符“A”，换行，再发送字符串“Welcome to Z32HUA!”，换行，发送数字串“1234567890”，换行，再发送 16位数“0x AA”，换行;
5.进入while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 【国密算法】

一、实验任务:

1. 网上搜集国密算法标准SM1,SM2,SM3,SM4；
2. 网上找一下相应的代码和标准测试代码，在Ubuntu中分别用gcc和gcc-arm编译；
3. 四个算法的用途？；
   4.《密码学》课程中分别有哪些对应的算法？；
   5.提交2，3两个问题的答案；
   6.提交在Ubuntu中运行国密算法测试程序的截图。
   二、实验步骤:
   SM1：
   1.类型：对称分组算法；
   2.用途：芯片、智能IC卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域；
   3.《密码学》课程对应算法：DES，AES；
   4.该算法不公开，所以无法获得源码。
   SM2：
   1.类型：椭圆曲线公钥密码算法；
   2.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；
   3.《密码学》课程对应算法：ECC椭圆曲线算法；
   4.测试结果截图；
   

SM3：
1.类型：杂凑算法；
2.用途：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；
3.《密码学》课程对应算法：：SHA系列算法，MD系列算法、MAC；
4.测试结果截图：

SM4：
1.类型：对称分组算法
2.用途：无线局域网产品, 用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。
3.密码学对应算法：DES，AES
4.测试结果截图：

任务五 【SM1】

一、实验任务:
1.注意不经老师允许不准烧写自己修改的代码;
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，1.4” KEIL-MDK 中添加 Z32 SC-000 芯片库，提交安装截图;
3.参考云班课资源中“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；
4.实验报告中分析代码。

二、实验步骤：
1.打开Z32 开发指南实验8-SM1目录的工程文件。编译工程，产生后缀名为xxx.bin 可执行代码;
2.在 user 组下分别打开Main.c和SLE4428.c，可以得到主函数代码和SLE4428程序的源代码。其中工程文件目录的 algorithm 文件夹包含了Z32HUA_ALG．ALG函数库，其中包含了国密的加解密算法相关函数库，SM1加解密函数的调用需要这个库的支持；
3.将实验箱接入电源，用USB公对公线将实验箱的USB接口连接到电脑的USB接口上，在电脑上找到Z32 开发指南2.软件资料32 下载调试工具目录打开 Z32 下载调试工具 NZDownloadTool.exe。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，随后进行下载调试，并进行加解密;
三、实验结果截图：

任务六 【清理】

一、实验任务:
1.实验结束后，把实验室原来的网线插回，否则以后做实验的同学无法开机。

二、实验结果截图：

实验总结

本次实验我们小组首先遇到了很多问题，首先是实验箱的问题：一、在做LED实验时，代码显示的颜色不正确，识别不出来；后来经过多次尝试后发现文件命名必须为全英文，不能存在中文字符，在更改后，成功完成了该实验。二、在编译代码时报错，原来我们课上所讲的编译指令都是基于Linux系统的，在这里并不适用，在更换方法后，问题得到解决。