2018-2019-1 20165211 20165230 20165208 实验二 固件程序设计-1

2018-2019-1 20165211 20165230 20165208 实验二 固件程序设计

实验步骤

1-MDK

实验要求

0. 注意不经老师允许不准烧写自己修改的代码
1. 两人（个别三人）一组
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

实验过程

1. 找到exp2软件资料MDK4.74路径下的mdk474.exe文件，点击并安装。注意此过程中安装目标路径是自己创建的一个名为Keil 4的文件夹
2. 安装Ulink驱动
3. 在桌面上创建的快捷方式“Keil uVision4”上右键，选择“以管理员身份运行”
4. 点击File->License Management…，在弹出的窗口中复制CID

5.打开exp2软件资料keil-MDK注册机keil mdk474注册机路径下的KEIL MDK4.74crack.exe，运行Keil-MDK注册机，将刚才复制的CID粘贴到“CID”中，TARGET选择ARM，然后点击Generate，生成LIC
6.将LIC复制并将其粘贴到刚才License Management窗口中的New License ID Code（LID）一栏中即可得到结果

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2-LED

实验要求

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，1.9”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

实验过程

1. 安装SC000库：在任务一完成的基础上，打开exp2软件资料MDK-ARM-SC000库支持路径下的MDK-ARM_AddOn_SC000_Support.exe文件，安装路径我们选择刚才创建的Keil 4文件夹

2. 在 keil MDKkeil 工程选择 SC000库：用管理员身份打开uVision4，选择然后点击
   Project->New uVision Project
3. 新建一个文件夹作为新工程的保存路径
4. 在芯片库 选择框Generic SC000 Device Database
5. 点开 ARM 结构目录，选择 SC000
6. exp2LED闪烁目录下的Z32.uvproj工程文件，然后编译；

7.用USB公对公线连接电脑和试验箱；
打开exp2软件资料32下载调试工具目录下的NZDloadTool.exe；
8.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；
9.左侧显示“1设备已连接”后，下载LED项目编辑后生成的Z32HUA.bin文件，目录是exp2LED闪烁in；

10.下载成功后关闭-打开电源开关，即可看到LED灯L2闪烁的实验现象。

代码分析

主函数代码的执行过程为：

1. 系统初始化，中断设置使能所有；

SystemInit ();

2. 判断按键，返回 boot 条件，确认是否进行程序下载；

 if(0 == GPIO_GetVal(0))
{
    BtApiBack(0x55555555, 0xAAAAAAAA);
}

3. 设置 GPIO0 状态为上拉输出；

GPIO_PuPdSel(0,0); // 设置 GPIO0 为上拉
GPIO_InOutSet(0,0); //  //设置 GPIO0为输出

4. 进入循环程序， LED 灯间隔 100ms 闪烁。

while(1) 
{
delay(100);
GPIO_SetVal(0,0); // 输出低电平，点亮 LEDLED
delay(100);
GPIO_SetVal(0,1); // 输出高电平，熄灭 LEDLED
}

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3-UART

实验要求

0. 注意不经老师允许不准烧写自己修改的代码
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，1.0”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
3. 实验报告中分析代码

实验过程

1.打开exp2UART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

2.将实验箱接入电源，连接实验箱与电脑，用 9 针串口线将 Z32 模块的串口与电脑 USB 接口连接，打开Z32下载调试工具软件资料32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，显示1设备已连接后，点击浏览，选择实验 2-UART 发送与中断接收in32HUA.bin，点击下载，绿色进度条加载完成后，程序下载成功。
3.打开串口助手，设置相应参数。

4.关闭Z32电源，再打开，下载完的程序自动运行，在串口调试助手的字符串输入框输入字符串abcdefgh，然后点击发送按钮。

分析代码

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：

1. 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)
{
    //*****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;
}

2. void UART_BrpSet(UINT16 set) 是波特率设置 函数，串口实验波特率设置为 115200115200 ；

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);
}

3. 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
}               

4. 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);    
}

5. 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++);
    }
}

6. 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;
    }
}

7. void UART_SendNum(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；

void UART_SendNum(INT32 num)
{
    INT32 cnt = num,k;
    UINT8 i,j;
    if(num<0) {UART_SendByte('-');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;
    }
    //分离并发送各位
    cnt = num;
    for(j=0;j<i;j++)
    {
        cnt = num/k;
        num = num%k;
        UART_SendByte(0x30+cnt);
        k /= 10;
    }
}

8. 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(' ');
}

9. 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;
}

10. 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--;
        }
    }
}

主函数代码的执行过程为：

1. 系统初始化，中断设置使能所有；(同任务二)

2. 判断按键，返回 boot 条件，确认是否进行程序下载；（同任务二）

3. 初始化 Uart ，使能 Uart 接口，配置 Uart 中断并使能；

UART_Init();    //初始化Uart

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“ 换行，发送数字串“ 1234567890 ”，换行，再发送 16 位数“ 位数“ 0xAA”，换行。

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

5. 进入 while 循环程序，等待串口中断到来并判数据是否接收完毕若 中断到来， 转入执行串口服务程序待接收数据完毕,Z32将数据 发回串口助手

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

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4-国密算法

实验要求

0. 网上搜集国密算法标准SM1,SM2,SM3,SM4
1. 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
2. 四个算法的用途？
3. 《密码学》课程中分别有哪些对应的算法？
4. 提交2，3两个问题的答案
5. 提交在Ubuntu中运行国密算法测试程序的截图

实验过程

• SM1：对应密码学中分组密码算法，是由国家密码管理局编制的一种商用密码分组标准对称算法。算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与 AES 相当，该算法不公开，仅以 IP 核的形式存在于芯片中，调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用。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（包括国家政 务通、警务通等重要领域）。
• SM2：对应密码学中公钥密码算法RSA，是由国家密码管理局于2010年12月17日发布，全称为椭圆曲线算法，用于加解密及数字签名。
• SM3：对应密码学中摘要算法MD5，是中国国家密码管理局于2010年公布的中国商用密码杂凑算法标准，适用于商用密码应用中的数字签名和验证，是在SHA-256基础上改进实现的一种算法。
• SM4：对应密码学中分组密码算法DES，于2006年公布，用于无限局域网产品使用，这是我国第一次公布自己的商用密码算法。

实验截图

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5-SM1

实验要求

0. 注意不经老师允许不准烧写自己修改的代码
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

实验过程

1.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
2.用9针串口线将电脑与Z32部分连接
3.打开exp2软件资料串口调试助手目录下的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
4.按照电子屏的提示插入IC卡。
5.插入正确的卡后显示相应信息，然后按A校验密码

6.按照步骤进行进一步的加解密。

分析代码

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实验中的问题及解决过程

虚拟机USB无法识别链接

在实验过程中我们选择使用了虚拟机作为实验环境，出现了虚拟机无法识别实验箱的USB公对公线。

解决方法：虚拟机工具栏设置断开主机连接。

新学到的知识点

1. 利用uVision4破解MDK
2. 通过串口助手实现试验箱Z32和电脑之间的数据传输和通信
3. 如何下载程序到试验箱
4. 国密算法标准SM1,SM2,SM3,SM4
   
   SM1：对应密码学分组密码算法，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（包括国家政 务通、警务通等重要领域）。
   
   SM2：对应密码学公钥密码算法RSA，用于加解密及数字签名。
   
   SM3：对应密码学摘要算法MD5，适用于商用密码应用中的数字签名和验证。
   
   SM4：对应密码学分组密码算法DES，用于无限局域网产品使用。