CN104407541B - 一种保护智能仪器电路板知识产权的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保护智能仪器电路板知识产权的装置和方法，其中装置中工控机板用于控制可编程逻辑器件监测电路板从母板插座的插拔以及FALSH存储器的读写；母板用于实现工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座及母板间总线方式的电气连接及机械结构联接；母板上的电路板插座用于通过对接把需要被保护知识产权的电路板的插座固定安插到母板上，并实现与母板间电源和电信号的电气连接。采用上述方案，不仅能够实现对知识产权的静态防护，而且能够实现执行时刻的动态防护，防止非法用户对仪器中各电路板上FPGA或DSP核心知识产权代码的获取或反向工程，从而保护智能测试仪器的知识产权，避免智能测试仪器被仿制。

Description

一种保护智能仪器电路板知识产权的装置和方法
技术领域
本发明属于智能仪器电路板知识产权保护技术领域，尤其涉及的是一种保护智能仪器电路板知识产权的装置和方法。
背景技术
知识产权保护在现代仪器的研发中非常重要，保护好知识产权才能使企业很好的生存下去。现在智能测量仪器大都采用了智能控制技术，内嵌工控机或单片机等智能处理器，内部电路板有很多FPGA以及DSP芯片，很多的信号处理等核心算法以及程序都要通过FPGA或DSP来执行，这些代表仪器关键知识产权的核心逻辑代码或执行代码，在主机中可以通过加密的方式存放在硬盘或RAM中，这是静态防护，而当执行的时候则必须去掉加密方式在芯片中按原始方式存放，以使代码运行，如何在代码执行的时候加密，防止竞争对手通过逻辑分析仪或其它测试设备抓取这些原始代码或执行状态，从而避免被非法仿制，实现动态防护非常重要。
为实现仪器中核心处理芯片FPGA或DSP的知识产权保护，目前大都是通过芯片的禁止读取功能实现，即静态的防护实现的。当电路板上的核心处理芯片的程序运行后，非法用户可以通过逻辑分析仪等设备对芯片的输入输出进行捕获，从而仿制或推理内部的逻辑代码。现有技术的缺点：当仪器正常工作时候，无法禁止用户通过逻辑分析仪等设备获取电路板核心处理芯片FPGA或DSP的输入输出状态。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种保护智能仪器电路板知识产权的装置和方法。
本发明的技术方案如下：
一种保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，包括工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座、母板及设置在母板上的电路板插座；所述工控机板装有CPU模块、可充电电池供电的电路、FLASH存储器及可编程逻辑器件；所述工控机板用于控制可编程逻辑器件监测电路板从母板插座的插拔以及FALSH存储器的读写；所述母板用于实现工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座及母板间总线方式的电气连接及机械结构联接；所述母板上的电路板插座用于通过对接把需要被保护知识产权的电路板的插座固定安插到母板上，并实现与母板间电源和电信号的电气连接。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，所述控制可编程逻辑器件监测的具体工作步骤为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器，当FLASH寄存器为1时，则终止FPGA或DSP代码下载，提示用户并退出。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板的所有插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，所述母板上的电路板插座上的短接器件将插座上用于检测的两个针脚短接，当电路板插到母板上后将母板上的两个针脚短接，当拔出后，两个针脚断开，用于检测母板上的电路板插座是否连接。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，所述母板上的电路板插座设置有金属的屏蔽盒将母板上的电路板插座包裹起来用于电磁屏蔽；并且母板上的电路板插座的核心芯片FPGA程序都设置通过工控机下载以避免静态反工程。
一种保护智能仪器电路板知识产权的方法，其中，包括以下步骤：
步骤201：读取工控机板上CPLD内部的时间寄存器值；
步骤202：判断是否等于当前时间，若不等，则进入步骤203，若相等，则进入步骤204；
步骤203：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤204：读取工控机板上CPLD内部的电路板插拔状态寄存器的值；
步骤205：判断每个母板插座上的电路板是否被拔出过，若拔出过则进入步骤206，若未拔出，则进入步骤207；
步骤206：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤207：继续正常执行。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其中，所述步骤201中，所述工控机板上CPLD内部的时间寄存器值获取方法为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其中，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板上的所有电路板插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其中，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
采用上述方案，不仅能够实现对知识产权的静态防护，而且能够实现执行时刻的动态防护，防止非法用户对仪器中各电路板上FPGA或DSP核心知识产权代码的获取或反向工程，从而保护智能测试仪器的知识产权，避免智能测试仪器被仿制。本发明在现有智能测试仪器上实现方便，成本低廉，便于推广。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明装置中可编程逻辑器件工作流程图。
图3为本发明方法的流程图。
图4为本发明实施例中微波信号分析仪结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种保护智能仪器电路板知识产权的装置，包括工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座、母板及设置在母板上的电路板插座；所述工控机板装有CPU模块、可充电电池供电的电路、FLASH存储器及可编程逻辑器件；所述工控机板用于控制可编程逻辑器件监测电路板从母板插座的插拔以及FALSH存储器的读写；所述母板用于实现工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座及母板间总线方式的电气连接及机械结构联接；所述母板上的电路板插座用于通过对接把需要被保护知识产权的电路板的插座固定安插到母板上，并实现与母板间电源和电信号的电气连接。
上述中，所述控制可编程逻辑器件监测的具体工作步骤为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器，当FLASH寄存器为1时，则终止FPGA或DSP代码下载，提示用户并退出。
所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其中，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板的所有插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
上述中，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
上述中，所述母板上的电路板插座上的短接器件将插座上用于检测的两个针脚短接，当电路板插到母板上后将母板上的两个针脚短接，当拔出后，两个针脚断开，用于检测母板上的电路板插座是否连接。
上述中，所述母板上的电路板插座设置有金属的屏蔽盒将母板上的电路板插座包裹起来用于电磁屏蔽；并且母板上的电路板插座的核心芯片FPGA程序都设置通过工控机下载以避免静态反工程。
在上述内容的基础上，本发明还提供一种保护智能仪器电路板知识产权的方法，其中，包括以下步骤：
步骤201：读取工控机板上CPLD内部的时间寄存器值；
步骤202：判断是否等于当前时间，若不等，则进入步骤203，若相等，则进入步骤204；
步骤203：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤204：读取工控机板上CPLD内部的电路板插拔状态寄存器的值；
步骤205：判断每个母板插座上的电路板是否被拔出过，若拔出过则进入步骤206，若未拔出，则进入步骤207；
步骤206：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤207：继续正常执行。
所述步骤201中，所述工控机板上CPLD内部的时间寄存器值获取方法为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器。
上述中，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板上的所有电路板插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
上述中，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
在上述内容的基础上，微波测试仪器的结构一般有母板、工控机板或CPU板、多块功能电路板组成，功能电路板通过插在母板上的多个插座中，与工控机板或CPU板电器关系上相连。所有功能电路板和母板都由工控机或CPU板控制从而完成仪器的测试测量工作。
本发明主要由三部分组成如图1所示，包括工控机板1、母板10及设置在母板10上的电路板插座；所述工控机板1装有可充电电池供电的电路、FLASH存储器及可编程逻辑器件，可编程逻辑器件具体工作步骤如图2所示，具体为：步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲的到来；步骤102：循环监测所有母板的插座，判断是否有电路板被拔出若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置1；步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器；可编程逻辑器件带有可充电电池供电的电路，可编程逻辑器件在仪器即使断电的情况下，依旧工作，由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时并把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，该寄存器用于主机程序判断该监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对主板的所有插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中。当仪器开机正常使用时，能够给可充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件等供电工作。
母板10上的电路板插座1、插座2、插座3及插座4都具有插拔监测功能，母板10的每个电路板插座都随机安排两个针脚与工控机监测电路相连，工控机板1的可编程逻辑器件一直对这两个针脚进行不间断的监测，每个秒脉冲到来时候，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
电路板插座上的短接器件将插座上用于检测的两个针脚短接，当电路板插到母板插座后就把这母板插座上的两个针脚短接了，当拔出后，这两个针脚就断开了。电路板一般带有金属的屏蔽盒将电路板包裹起来用于电磁屏蔽，所有电路板的核心芯片FPGA程序都通过工控机下载以避免静态反工程。
当微波仪器完成所有的调试后，通过设置工控机板1上的CPLD逻辑启动插拔监测功能。开机后主机工作流程，如图3所示：步骤201：读取工控机板上CPLD内部的时间寄存器值；步骤202：判断是否等于当前时间，若不等，则进入步骤203，若相等，则进入步骤204；步骤203：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；步骤204：读取工控机板上CPLD内部的电路板插拔状态寄存器的值；步骤205：判断每个母板插座上的电路板是否被拔出过，若拔出过则进入步骤206，若未拔出，则进入步骤207；步骤206：停止FPGA和DSP等核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；步骤207：继续正常执行下面仪器的其他功能。
为了更详细地说明本发明的技术方案，下面给出一具体实例如图4所示：
在某型号微波信号分析仪中，总共有7块功能电路板和一块工控机板以及母板，第1个插槽安装的是工控机(或CPU)板，母板上的插槽2到8分别安装仪器的各功能电路板。为实现方便，每个插槽的功能板第3脚和第4脚通过母板与工控机板相连。
1号插槽的工控机板装有ALTERA公司的可编程逻辑器件EPM570T100芯片，存储器采用AT28HC256，存储器内部分配连续的8个单元作为插槽插拔的检测状态，并为计时时间分配一个单元。当所有电路板调试完成安装在仪器里面后，出厂前可以通过软件打开启用本发明的防护机制，并清除FLASH存储器的内部状态，所有的FPGA和DSP的核心程序代码以加密形式放在工控机的存储器中，非法用户无法读取或获得其中内容。主机软件启动后首先读取FLASH存储器中的时间值，判断时间是否与当前时间一致，如果一致继续读取每个插槽对应的FLASH存储器中的状态，如果判断其对应的FLASH状态寄存器为1，表明该插槽中两个针脚断开过，表明电路板被插拔过。从而提示用户并同时终止向电路板上的FPGA芯片或DSP处理器下载程序代码，使非法用户无法获取执行中的代码和代码执行的输入输出状态。
采用本发明后即便非法用户可以仿制电路板，但无法获取电路板上核心FPGA和DSP芯片的核心算法代码，从而使非法用户无法实现仪器功能电路板的仿制，从而无法仿制整台仪器，最终实现了整台仪器核心知识产权的保护。
本发明不仅能够实现对知识产权的静态防护，而且能够实现执行时刻的动态防护，防止非法用户对仪器中各电路板上FPGA或DSP核心知识产权代码的获取或反向工程，从而保护智能测试仪器的知识产权，避免智能测试仪器被仿制。本发明在现有智能测试仪器上实现方便，成本低廉，便于推广。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，包括工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座、母板及设置在母板上的电路板插座；所述工控机板装有CPU模块、可充电电池供电的电路、FLASH存储器及可编程逻辑器件；所述工控机板用于控制可编程逻辑器件监测电路板从母板插座的插拔以及FALSH存储器的读写；所述母板用于实现工控机板、仪器中需要被保护知识产权的电路板的插座及母板间总线方式的电气连接及机械结构联接；所述母板上的电路板插座用于通过对接把需要被保护知识产权的电路板的插座固定安插到母板上，并实现与母板间电源和电信号的电气连接。
2.如权利要求1所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，所述控制可编程逻辑器件监测的具体工作步骤为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器，当FLASH寄存器为1时，则终止FPGA或DSP代码下载，提示用户并退出。
3.如权利要求2所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板的所有插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
4.如权利要求1所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
5.如权利要求4所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，所述母板上的电路板插座上的短接器件将插座上用于检测的两个针脚短接，当电路板插到母板上后将母板上的两个针脚短接，当拔出后，两个针脚断开，用于检测母板上的电路板插座是否连接。
6.如权利要求5所述的保护智能仪器电路板知识产权的装置，其特征在于，所述母板上的电路板插座设置有金属的屏蔽盒将母板上的电路板插座包裹起来用于电磁屏蔽；并且母板上的电路板插座的核心芯片FPGA程序都设置通过工控机下载以避免静态反工程。
7.一种保护智能仪器电路板知识产权的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤201：读取工控机板上CPLD内部的时间寄存器值；
步骤202：判断是否等于当前时间，若不等，则进入步骤203，若相等，则进入步骤204；
步骤203：停止FPGA和DSP核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤204：读取工控机板上CPLD内部的电路板插拔状态寄存器的值；
步骤205：判断每个母板插座上的电路板是否被拔出过，若拔出过则进入步骤206，若未拔出，则进入步骤207；
步骤206：停止FPGA和DSP核心知识产权代码的下载，并提示用户非法操作并退出；
步骤207：继续正常执行。
8.如权利要求7所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其特征在于，所述步骤201中，所述工控机板上CPLD内部的时间寄存器值获取方法为：
步骤101：内部状态机循环等待秒脉冲信号的到来；
步骤102：循环监测所有母板上的电路板插座，判断是否有电路板插座被拔出，若有电路板被拔出则把FLASH中相应寄存器位置设置为1；
步骤103：把当前的计时时间写入内部FLASH寄存器。
9.如权利要求8所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其特征在于，所述脉冲信号由振荡单元产生的秒脉冲信号驱动，计时的同时把时间值写入FLASH存储器的内部时间寄存器，所述内部时间寄存器，用于CPU模块判断监控单元是否被中断过或遭到破坏；同时内部状态机每隔一秒对母板上的所有电路板插座的状态进行检测，并把状态结果写入内部FLASH状态寄存器中；当正常使用时，能够给可充电电池供电的电路中的充电电池充电，以保证关机后充电电池给可编程逻辑器件供电工作。
10.如权利要求9所述的保护智能仪器电路板知识产权的方法，其特征在于，对所述母板上的电路板插座均设置插拔监测，所述每个母板上的电路板插座都随机设置两个针脚与工控机板上的监测电路相连，工控机板的可编程逻辑器件实时对所有针脚进行不间断的监测，当每个秒脉冲信号到来时，都会扫描监测并把状态存入内部FLASH状态寄存器。
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