Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng vi điều khiển 32 bit có tích hợp mã hóa phần cứng

• Tác giả: Nguyễn Thành Long
• Người hướng dẫn: Thạc sĩ Tạ Trí Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính
• Đề tài: Khóa luận tốt nghiệp kỹ thuật máy tính nghiên cứu thiết kế và mô phỏng vi điều khiển 32 bit có tích hợp mã hóa phần cứng
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Lý do chọn đề tài
• 1.4. Tổng quan phương pháp thực hiện và mục tiêu đề tài
• 1.5. Giới thiệu về hệ thống các thiết bị IoTs
• 1.6. Giới thiệu về System-on-chip (SoC)
• 2. CHƯƠNG 2: LÕI XỬ LÝ ARM CORTEX-M0
• 2.1. Lõi xử lý ARM Cortex-M0 từ ARM DesignStart
• 2.2. Nested Vectored Interrupt Controller
• 2.3. Serial Wire Debug (SW)
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Tổng quan hệ thống
• 3.2. Các thành phần giao tiếp với AHB-Lite Interface
• 3.3. AHB default slave
• 3.4. AHB slave multiplexer
• 3.5. AHB to external SRAM Interface
• 3.6. Các thành phần thuộc CMSDK APB sub-system
• 3.7. Cầu chuyển đổi AHB sang APB
• 3.8. APB dual time
• 3.9. APB slave IUX
• 3.10. APB test slave
• 3.11. Các thông tin khác về hệ thống
• 3.12. Interrupts và NVIC
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN KIỂM TRA THIẾT KẾ BẰNG MÔ PHỎNG
• 4.1. Quy trình kiểm tra
• 4.2. Thực hiện mô phỏng
• 4.3. Môi trường thực hiện mô phỏng
• 4.4. Biên dịch và chạy mô phỏng
• 4.5. Kết quả mô phỏng
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC HIỆN TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT KẾ
• 5.1. Thông tin về quá trình hiện thực thiết kế
• 5.2. Kết quả tổng hợp
• 5.3. Analysis & Synthesis. Timing Analysis
• 5.4. Đánh giá kết quả
• 5.5. So sánh và đánh giá
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết quả đạt được
• 6.2. Khó khăn gặp phải
• 6.3. Hướng phát triển
• PHỤ LỤC A: LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN MÃ HÓA ADVANCED ENCRYPTION STANDARD
• A.1. Quy trình mã hóa
• A.2. Quy trình giải mã
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

I. Giới thiệu về khóa luận tốt nghiệp kỹ thuật máy tính

Khóa luận tốt nghiệp này tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng một vi điều khiển 32 bit có tích hợp mã hóa phần cứng. Mục tiêu chính là phát triển một hệ thống bảo mật thông tin cho các ứng dụng IoT, sử dụng thuật toán mã hóa AES-128. Việc này không chỉ giúp nâng cao tính bảo mật mà còn tối ưu hóa hiệu suất cho các thiết bị IoT.

1.1. Tình hình nghiên cứu vi điều khiển 32 bit hiện nay

Trong những năm gần đây, vi điều khiển 32 bit đã trở thành xu hướng trong thiết kế hệ thống nhúng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp mã hóa phần cứng vào vi điều khiển giúp cải thiện đáng kể khả năng bảo mật cho các ứng dụng IoT.

1.2. Lý do chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp

Đề tài này được chọn nhằm giải quyết vấn đề bảo mật thông tin trong các ứng dụng IoT. Việc tích hợp mã hóa phần cứng vào vi điều khiển 32 bit sẽ giúp nâng cao tính bảo mật và hiệu suất cho các thiết bị kết nối Internet.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế vi điều khiển

Việc thiết kế một vi điều khiển 32 bit với tính năng mã hóa phần cứng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề chính bao gồm việc tối ưu hóa hiệu suất, giảm tiêu thụ năng lượng và đảm bảo tính bảo mật cho dữ liệu. Những thách thức này cần được giải quyết để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả trong môi trường IoT.

2.1. Thách thức về hiệu suất và tiêu thụ năng lượng

Một trong những thách thức lớn nhất là làm sao để mã hóa phần cứng không làm giảm hiệu suất của vi điều khiển 32 bit. Cần có các giải pháp tối ưu để đảm bảo rằng việc mã hóa không ảnh hưởng đến tốc độ xử lý của hệ thống.

2.2. Vấn đề bảo mật trong các ứng dụng IoT

Bảo mật thông tin là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong các ứng dụng IoT. Việc tích hợp mã hóa phần cứng vào vi điều khiển sẽ giúp bảo vệ dữ liệu khỏi các cuộc tấn công mạng và đảm bảo an toàn cho người dùng.

III. Phương pháp thiết kế vi điều khiển 32 bit tích hợp mã hóa

Khóa luận này áp dụng phương pháp thiết kế dựa trên kiến trúc ARM Cortex-M0 để phát triển vi điều khiển 32 bit. Phương pháp này bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog để thiết kế và mô phỏng các chức năng của vi điều khiển, bao gồm cả mã hóa phần cứng.

3.1. Thiết kế lõi vi điều khiển dựa trên ARM Cortex M0

Lõi vi điều khiển được thiết kế dựa trên kiến trúc ARM Cortex-M0, cho phép tích hợp nhiều chức năng và ngoại vi cần thiết cho các ứng dụng IoT. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.

3.2. Mô phỏng và kiểm tra chức năng vi điều khiển

Mô phỏng được thực hiện trên các công cụ phần mềm như Quartus Prime và Xilinx Vivado. Việc này giúp kiểm tra tính đúng đắn của các chức năng thiết kế và đảm bảo rằng hệ thống hoạt động như mong đợi.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vi điều khiển 32 bit trong IoT

Việc phát triển vi điều khiển 32 bit với mã hóa phần cứng mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực IoT. Các ứng dụng này bao gồm thiết bị gia dụng thông minh, cảm biến môi trường và hệ thống giám sát an ninh. Những ứng dụng này không chỉ nâng cao chất lượng cuộc sống mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và tài nguyên.

4.1. Ứng dụng trong thiết bị gia dụng thông minh

Các thiết bị gia dụng thông minh như tủ lạnh, máy giặt có thể sử dụng vi điều khiển 32 bit để tối ưu hóa hiệu suất và bảo mật thông tin người dùng. Việc tích hợp mã hóa phần cứng giúp bảo vệ dữ liệu cá nhân trong quá trình sử dụng.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống giám sát an ninh

Hệ thống giám sát an ninh có thể sử dụng vi điều khiển 32 bit để thu thập và xử lý dữ liệu từ các cảm biến. Tính năng mã hóa phần cứng giúp bảo vệ thông tin nhạy cảm và đảm bảo an toàn cho người dùng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Khóa luận đã đạt được những kết quả khả quan trong việc thiết kế và mô phỏng vi điều khiển 32 bit với mã hóa phần cứng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết trong tương lai. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và mở rộng khả năng bảo mật cho các ứng dụng IoT.

5.1. Đánh giá kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp mã hóa phần cứng vào vi điều khiển 32 bit là khả thi và mang lại nhiều lợi ích cho các ứng dụng IoT. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất và tính bảo mật.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc nghiên cứu các giải pháp mã hóa mới và tối ưu hóa thiết kế vi điều khiển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực IoT.