關于Xilinx FPGA如何獲取FPGA的Device DNA

作者：Evening

Xilinx每一個FPGA都有一個獨特的ID，也就是Device DNA，這個ID相當于我們的身份證，在FPGA芯片生產的時候就已經寫死在芯片的eFuse寄存器中，具有不可修改的屬性，因為使用的是熔斷技術。值得說明的是，在7系列及以前，這個ID都是57bit的，但是在Xilinx的Ultraslace架構下是96bit。

FPGA的DNA我們一般的使用場景是用于用戶邏輯加密。一般來說，用戶在邏輯上可以通過特定的接口把這個Device DNA讀取出來，經過一系列加密算法之后和預先在外部Flash存儲的一串加密后的字節(jié)串做比較，這個flash存儲的加密后的字節(jié)串也是由該DNA經過加密后得到，fpga加載程序后可以先從flash讀出該段字節(jié)做比較，如果相同，則讓FPGA啟動相應的邏輯，如不同，則代表該FPGA沒有經過用戶授權，用戶邏輯上可以關閉FPGA的邏輯功能甚至可以通過一些手段讓硬件損壞。

如何獲取FPGA的Device DNA呢，下面我從JTAG和調用源語兩個方法說明，并開放核心代碼供大家參考。

第一種，通過JTAG獲取，這種方法在ISE的Impact或者vivado都可以實現(xiàn)，下面介紹在Vivado下如何或者Device DNA，這個其實很簡單，首先板卡通過JTAG連接PC，在Flow Navigator -> PROGRAM AND DEBUG 界面下，點擊對應的FPGA的芯片，點擊Hardware Device Properties，在search中搜索dna，在REGISTER下可以找到Device DNA，在Impact下如何獲取DNA網上有相應的文章，這里就不做進一步介紹。

第二種，用戶邏輯通過調用源語獲取，至于源語是什么，這里跟大家分享一個技巧，一般我們使用源語的時候，往往記不住大量的源語定義，那么如何快速搜索到我們想要的源語呢，在Vivado中，有一個功能是Language Templates，在Flow Navigator可以找到，里面包含了基本所有的Xilinx提供的源語和一些語法用法，以DNA讀取為例，我們搜索DNA，就可以找到關于DNA的源語，由于博主用的是VU9P的片子，所以用的是DNA_PORTE2這個源語，針對7系列及以前，使用的是DNA_PORT源語，這兩個源語都可以在Language Templates找到。

接下來說一下這個源語和源語相關的使用方法，這個源語本質上就是讀取FUSE寄存器表里面的FUSE_DNA寄存器，里面還包含了一個移位寄存器，源語中的接口本質上都是操作移位寄存器，這個移位寄存器的長度和器件類型有關，是56或者96bit。源語里面的READ信號，是用于把DNA的值裝載到移位寄存器里面，DIN是移位寄存器的輸入，DOUT是移位寄存器的輸出，SHIFT是移位寄存器的移位使能，CLK是移位寄存器的操作時鐘，官方提供的源語模型和時序圖如下，

對于用戶來說，調用這個源語，我們只需要按照操作移位寄存器的流程操作就好了，我們目的是讀出源語里面的移位寄存器的值，所以我們設計的思路應該是首先拉高READ先讓移位寄存器裝載DNA的值，然后在時鐘上升沿使能SHIFT，這樣子就能讓移位寄存器里面的值移位出來，下面是核心代碼：
module dna_read(
input sys_clk,

input dna_read_rdy,
output [95:0] dna_read_dat,
output dna_read_vld);

wire dna_dout;
wire dna_read;
wire dna_shift;

DNA_PORTE2 #(
.SIM_DNA_VALUE (96'd0)
)DNA_PORTE2_inst(
.DOUT (dna_dout),
.CLK (sys_clk),
.DIN (dna_dout),
.READ (dna_read),
.SHIFT (dna_shift)
);

reg [95:0] dna_reg = 0;
reg [7:0] dna_cnt = 0;

always @ (posedge sys_clk)
begin
if(dna_read_rdy) begin
dna_cnt end
else begin
dna_cnt end
end

// load dna data from the fuse dna register
assign dna_read = dna_cnt == 8'd63;
// for ultrascale
assign dna_shift = (dna_cnt >= 8'd100) && (dna_cnt

always @ (posedge sys_clk)
begin
dna_reg end

assign dna_read_dat = dna_reg;
assign dna_read_vld = dna_cnt == 8'd196;
endmodule

這是一個axis總線的模塊，在dna_read_rdy拉高表示外部準備好接收數(shù)據，這時候模塊讀取DNA的值，然后送出去給外部模塊，外部模塊收到數(shù)據和dna_read_vld信號，則拉低dna_read_rdy，完成一次dna數(shù)值傳輸流程。

編輯：hfy