CN111177764B - 一种宇航1553b总线在轨注钥装置及在轨注钥方法 - Google Patents

一种宇航1553b总线在轨注钥装置及在轨注钥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宇航1553B总线在轨注钥装置及在轨注钥方法，包括处理器、1553B接口电路、以太网接口电路和FPGA。根据注钥通信协议，地面通过1553B总线向处理器注入密钥，注入首帧后，处理器停止从以太网接口接收数据，同时开启与加解密模块的注入密钥接口；之后注入密钥帧，处理器复用网络任务话上行通道，将接收到的密钥数据发送给FPGA处理，再上传至加解密装置。同时，加解密装置复用网络任务话下行通道，发送内存下传数据，经FPGA处理后，处理器将数据缓存。最后注入尾帧，注入结束后，1553B总线接口电路中的RT终端将内存下传数据放入对应RT子地址发送缓冲区，通过服务请求通知KPU采集内存下传数据。

Description

一种宇航1553B总线在轨注钥装置及在轨注钥方法
技术领域
本发明涉及空间安全技术领域，特别涉及一种宇航1553B总线在轨注钥装置及在轨注钥方法。
背景技术
在当今复杂的国际形势下，随着空间应用的不断发展，空间安全问题逐渐成为关注重点，为保证天地通信的数据不被窃取，常常需要对数据进行加密。同时为了防止加解密算法被破解而造成泄密影响，需要对加解密设备的密钥进行定时更新，从而更新加解密算法，保证通信的安全。传统的密钥更新方式通过在加解密装置上预留注钥口，然后通过天地链路将数据从地面发送至注钥口，从而实现密钥的在线更新。该传统方法需为注钥开辟一条专用的天地通信链路，从而浪费了信道资源。
本发明的方案便是针对上述问题对传统的密钥更新方式进行的改进。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种宇航1553B总线在轨注钥装置及在轨注钥方法，可以复用现有通信通道进行在线注钥，从而节约通道资源。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明公开了一种宇航1553B总线在轨注钥装置，包括处理器、1553B接口电路、以太网接口电路和FPGA，其中：
所述处理器，用于整个装置的控制和数据交互；
所述1553B接口电路，用于与1553B总线、处理器进行数据通信；
所述以太网接口电路，用于与以太网、处理器进行数据通信；
所述FPGA，用于密钥数据的处理；
地面通过1553B总线向所述处理器注入密钥，所述处理器复用网络任务话上行通道，将接收到的密钥数据发送给所述FPGA处理，最后上传至加解密装置；同时，加解密装置复用网络任务话下行通道，发送内存下传数据，经所述FPGA处理后，所述处理器将数据缓存；密钥注入和内存下传均通过在轨注钥通信协议实现地面与加解密装置间的数据传输和设备通信。
进一步的，地面注入的密钥分为首帧、密钥帧和尾帧，所述处理器收到地面注入的密钥首帧后，停止从以太网接收网络数据，并开启与加解密装置的注入密钥接口，而后开始接收地面注入的密钥帧，密钥帧数据通过复用网络任务话上行通道上传至加解密装置，所有密钥帧注入完成后，所述处理器收到地面注入的密钥尾帧，注钥结束，所述处理器恢复原网络数据通信。
进一步的，所述首帧、密钥帧和尾帧的第一个字节用于区分注入数据的类别，后面所有字节为注入数据内容，所述处理器通过所述FPGA发送给加解密装置的数据为第二字节到最后一个字节。
优选的，所述处理器采用DSP芯片，所述DSP芯片采用TMS320DM642芯片。
优选的，所述以太网接口电路包含以太网收发器，所述以太网收发器采用KSZ8041NLJ芯片。
优选的，所述1553B接口电路包含1553B总线控制器，所述1553B总线控制器采用JKR65170S6-1H芯片。
优选的，所述FPGA采用XQVR600可编程逻辑器件。
本发明另外公开了一种宇航1553B总线在轨注钥方法，利用上述所述宇航1553B总线在轨注钥装置进行注钥，具体包括以下步骤：
步骤1：根据在轨注钥通信协议，地面通过1553B总线发送首帧串行数据，处理器读取到该帧数据后，开始建立注钥操作，注入首帧后，处理器开启与加解密装置的注入密钥接口，同时停止从以太网接口接收数据；
步骤2：首帧注入完毕后，地面开始注入密钥帧，处理器读取密钥帧数据并将第二字节至最后一个字节转发给FPGA，FPGA再将密钥数据复用网络任务话上行通道，将其上传至加解密装置；注入密钥过程中，处理器同时接收加解密装置发回的内存下传数据，该数据通过FPGA处理并复用网络下行任务话进行下传，经FPGA处理后，处理器将数据缓存；
步骤3：密钥帧全部注入完毕后，开始注入尾帧；
步骤4：尾帧注入完毕后，处理器关闭与加解密装置的注入密钥接口，同时恢复网络接口通信功能，1553B接口电路中的RT终端将内存下传数据放入对应RT子地址发送缓冲区；
步骤5：处理器发送服务请求，地面收到发送服务请求后读取RT子地址中的数据并保存为文件，之后地面发送勤务指令，处理器响应勤务指令，本次注钥过程结束。
进一步的，步骤1中，首帧密钥一共53个字节，第一帧为0x20，用于区分注入数据的类别为首帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的50个字节全部填充0xFF。
进一步的，步骤2中，处理器接收该数据并对数据加以帧头判断，将满足要求的数据帧进行内存下传缓存，如收到多次满足要求的数据帧，则进行覆盖。
进一步的，步骤2中，密钥帧一共53个字节，第一帧为0x21，用于区分注入数据的类别为密钥帧，后52个字节为密钥，其中后52字节的第一字节为同步字74，处理器对收到的数据每隔52字节进行搜索，如一帧中头字节为74h，则将该帧52字节放入内存下传缓存，如果收到多次则后次覆盖前次。
进一步的，步骤3中，尾帧密钥一共53个字节，第一帧为0x22，用于区分注入数据的类别为尾帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的52个字节全部填充0xFF。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供的宇航1553B总线在轨注钥装置，通过可靠的注钥通信协议实现了地面与加解密装置的双向通信，该协议安全可靠，操作方便。同时，实现在轨密钥的注入，且密钥上传和内存下传均复用现有通道资源，无需新的天地通信链路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一种宇航1553B总线在轨注钥装置的连接示意图；
图2是本发明一种宇航1553B总线在轨注钥方法的流程图；
图3是本发明一种宇航1553B总线在轨注钥方法中发送的首帧的数据流格式图；
图4是本发明一种宇航1553B总线在轨注钥方法中发送的密钥帧的数据流格式图；
图5是本发明一种宇航1553B总线在轨注钥方法中发送的尾帧的数据流格式图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明公开了一种宇航1553B总线在轨注钥装置，包括处理器、1553B接口电路、以太网接口电路和FPGA，其中：
所述处理器为装置的核心电路，用于整个装置的控制和数据交互。本实施例中，所述处理器采用DSP芯片，所述DSP芯片采用TMS320DM642芯片，TMS320DM642芯片是TI公司C6000系列DSP中32位定点DSP，其核心为C6416型高性能数字信号处理器，具有极强的处理性能，高度的灵活性和可编程性，同时外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信等设备及接口，特别适用于机器视觉、医学成像、网络视频监控、数字广播以及基于数字视频/图像处理的消费类电子产品等高速DSP应用领域。
所述1553B接口电路，用于与1553B总线、处理器进行数据通信。本实施例中，所述1553B接口电路包含1553B总线控制器，所述1553B总线控制器采用JKR65170S6-1H芯片，该芯片实现了1553B总线系统内的远程终端(RT)功能，电路采用多芯片封装工艺，内部集成了一块协议处理器芯片(内嵌SRAM)和两块芯片收发器。
所述以太网接口电路，用于与以太网、处理器进行数据通信。本实施例中，所述以太网接口电路包含以太网收发器，是基于IEEE 802.3标准的以太网物理层收发器，具体型号为KSZ8041NLJ芯片。
所述FPGA，用于密钥数据的处理。本实施例中，所述FPGA采用XILINX公司的60万门抗辐照的可编程逻辑器件XQVR600，FPGA具体很强的灵活性，能够通过硬件描述语言进行逻辑电路的编程设计，从而实现对数据进行处理。
工作原理：
地面通过1553B总线向所述处理器注入密钥，所述处理器复用网络任务话上行通道，将接收到的密钥数据发送给所述FPGA处理，最后上传至加解密装置；同时，加解密装置复用网络任务话下行通道，发送内存下传数据，经所述FPGA处理后，所述处理器将数据缓存；密钥注入和内存下传均通过在轨注钥通信协议实现地面与加解密装置间的数据传输和设备通信。
具体的，根据在轨注钥通信协议，地面注入的密钥分为首帧、密钥帧和尾帧，所述首帧、密钥帧和尾帧的第一个字节用于区分注入数据的类别，后面所有字节为注入数据内容，所述处理器通过所述FPGA发送给加解密装置的数据为第二字节到最后一个字节。所述处理器收到地面注入的密钥首帧后，停止从以太网接收网络数据，并开启与加解密装置的注入密钥接口，而后开始接收地面注入的密钥帧，密钥帧数据通过复用网络任务话上行通道上传至加解密装置，所有密钥帧注入完成后，所述处理器收到地面注入的密钥尾帧，注钥结束，所述处理器恢复原网络数据通信。
实施例二
如图2所示，本发明另外公开了一种宇航1553B总线在轨注钥方法，利用上述所述宇航1553B总线在轨注钥装置进行注钥，具体包括以下步骤：
步骤1：根据在轨注钥通信协议，地面通过1553B总线发送首帧串行数据，处理器读取到该帧数据后，开始建立注钥操作，注入首帧后，处理器开启与加解密装置的注入密钥接口，同时停止从以太网接口接收数据，首帧密钥一共53个字节，第一帧为0x20，用于区分注入数据的类别为首帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的50个字节全部填充0xFF，具体帧格式见图3所示；
步骤2：首帧注入完毕后，地面开始注入密钥帧，密钥帧一共53个字节，第一帧为0x21，用于区分注入数据的类别为密钥帧，后52个字节为密钥，其中后52字节的第一字节为同步字74，具体帧格式见图4所示，处理器读取密钥帧数据并将第二字节至最后一个字节转发给FPGA，FPGA再将密钥数据复用网络任务话上行通道，将其上传至加解密装置；注入密钥过程中，处理器同时接收加解密装置发回的内存下传数据，该数据通过FPGA处理并复用网络下行任务话进行下传，经FPGA处理后，处理器将数据缓存，其中，处理器对收到的数据每隔52字节进行搜索，如一帧中头字节为74h，则将该帧52字节放入内存下传缓存，如果收到多次则后次覆盖前次；
步骤3：密钥帧全部注入完毕后，开始注入尾帧，尾帧密钥一共53个字节，第一帧为0x22，用于区分注入数据的类别为尾帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的52个字节全部填充0xFF，具体帧格式见图5所示；
步骤4：尾帧注入完毕后，处理器关闭与加解密装置的注入密钥接口，同时恢复网络接口通信功能，1553B接口电路中的RT终端将内存下传数据放入对应RT子地址发送缓冲区；
步骤5：处理器发送服务请求，地面收到发送服务请求后读取RT子地址中的数据并保存为文件，之后地面发送勤务指令，处理器响应勤务指令，本次注钥过程结束。
进一步的，步骤2中，处理器接收该数据并对数据加以帧头判断，将满足要求的数据帧进行内存下传缓存，如收到多次满足要求的数据帧，则进行覆盖。
本发明实施例通过简单的协议实现了地面与加解密设备的双向通信，该协议安全可靠，操作方便。且密钥的上传与下传均复用现有的网络通信通道，不额外消耗链路资源。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，包括处理器、1553B接口电路、以太网接口电路和FPGA，其中：
所述处理器，用于整个装置的控制和数据交互；
所述1553B接口电路，用于与1553B总线、处理器进行数据通信；
所述以太网接口电路，用于与以太网、处理器进行数据通信；
所述FPGA，用于密钥数据的处理；
地面通过1553B总线向所述处理器注入密钥，所述处理器复用网络任务话上行通道，将接收到的密钥数据发送给所述FPGA处理，最后上传至加解密装置；同时，加解密装置复用网络任务话下行通道，发送内存下传数据，经所述FPGA处理后，所述处理器将数据缓存；密钥注入和内存下传均通过在轨注钥通信协议实现地面与加解密装置间的数据传输和设备通信；
地面注入的密钥分为首帧、密钥帧和尾帧，所述处理器收到地面注入的密钥首帧后，停止从以太网接收网络数据，并开启与加解密装置的注入密钥接口，而后开始接收地面注入的密钥帧，密钥帧数据通过复用网络任务话上行通道上传至加解密装置，所有密钥帧注入完成后，所述处理器收到地面注入的密钥尾帧，注钥结束，所述处理器恢复原网络数据通信。
2.根据权利要求1所述的一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，所述首帧、密钥帧和尾帧的第一个字节用于区分注入数据的类别，后面所有字节为注入数据内容，所述处理器通过所述FPGA发送给加解密装置的数据为第二字节到最后一个字节。
3.根据权利要求1所述的一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，所述处理器采用DSP芯片，所述DSP芯片采用TMS320DM642芯片。
4.根据权利要求1所述的一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，所述以太网接口电路包含以太网收发器，所述以太网收发器采用KSZ8041NLJ芯片。
5.根据权利要求1所述的一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，所述1553B接口电路包含1553B总线控制器，所述1553B总线控制器采用JKR65170S6-1H芯片。
6.根据权利要求1所述的一种宇航1553B总线在轨注钥装置，其特征在于，所述FPGA采用XQVR600可编程逻辑器件。
7.一种宇航1553B总线在轨注钥方法，其特征在于，利用上述权利要求1-6中任意一项所述宇航1553B总线在轨注钥装置进行注钥，具体包括以下步骤：
步骤1：根据在轨注钥通信协议，地面通过1553B总线发送首帧串行数据，处理器读取到该帧数据后，开始建立注钥操作，注入首帧后，处理器开启与加解密装置的注入密钥接口，同时停止从以太网接口接收数据；
步骤2：首帧注入完毕后，地面开始注入密钥帧，处理器读取密钥帧数据并将第二字节至最后一个字节转发给FPGA，FPGA再将密钥数据复用网络任务话上行通道，将其上传至加解密装置；注入密钥过程中，处理器同时接收加解密装置发回的内存下传数据，该数据通过FPGA处理并复用网络下行任务话进行下传，经FPGA处理后，处理器将数据缓存；
步骤3：密钥帧全部注入完毕后，开始注入尾帧；
步骤4：尾帧注入完毕后, 处理器关闭与加解密装置的注入密钥接口，同时恢复网络接口通信功能，1553B接口电路中的RT终端将内存下传数据放入对应RT子地址发送缓冲区；
步骤5：处理器发送服务请求，地面收到发送服务请求后读取RT子地址中的数据并保存为文件，之后地面发送勤务指令，处理器响应勤务指令，本次注钥过程结束。
8.根据权利要求7所述的一种宇航1553B总线在轨注钥方法，其特征在于，步骤1中，首帧密钥一共53个字节，第一帧为0x20，用于区分注入数据的类别为首帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的50个字节全部填充0xFF。
9.根据权利要求8所述的一种宇航1553B总线在轨注钥方法，其特征在于，步骤2中，处理器接收该数据并对数据加以帧头判断，将满足要求的数据帧进行内存下传缓存，如收到多次满足要求的数据帧，则进行覆盖。
10.根据权利要求9所述的一种宇航1553B总线在轨注钥方法，其特征在于，步骤2中，密钥帧一共53个字节，第一帧为0x21，用于区分注入数据的类别为密钥帧，后52个字节为密钥，其中后52字节的第一字节为同步字74，处理器对收到的数据每隔52字节进行搜索，如一帧中头字节为74h,则将该帧52字节放入内存下传缓存，如果收到多次则后次覆盖前次。
11.根据权利要求10所述的一种宇航1553B总线在轨注钥方法，其特征在于，步骤3中，尾帧密钥一共53个字节，第一帧为0x22，用于区分注入数据的类别为尾帧数据，后两个字节为0x728D，为同步字，余下的52个字节全部填充0xFF。
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