CN112912846A - 管理在部分可重新配置的硬件系统上的软ip的许可证 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理在部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA上的软IP的许可证的方法,其中规定:‑在所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)中,或者只针对所述硬件系统(HPS)的不可配置的部分开放地,设置许可证管理器(2),所述许可证管理器具有对非易失性存储器(4)的独占访问,在所述非易失性存储器中寄存有许可证数据(5),所述许可证数据包括对至少一个软IP(3)的使用时长的时间限制;‑在激活特定软IP(3)之前,所述许可证管理器(2)检查所述使用时长是否期满;而且‑只有当所述使用时长还没有期满时,所述许可证管理器(2)才准许使用所述软IP(3)。

Description

管理在部分可重新配置的硬件系统上的软IP的许可证
技术领域
本发明涉及一种用于管理在部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA上的软IP的许可证的方法。本发明还包括一种相对应的部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA。
所谓的现场可编程门阵列(简称FPGA)是一种数字技术的集成电路,逻辑电路可以被编程到该集成电路中。不同于计算机或控制器的编程,该编程这里只是次要涉及对模块中的时间过程的规定,而是主要涉及对该模块的功能结构的定义。通过对预先给定的元件的互连进行编程,规定了FPGA中的各个逻辑元件(块)的工作原理及其彼此间的互连。因而也可以说是FPGA的配置或设计。
背景技术
在设计可重新配置的硬件系统、例如FPGA时,系统设计方通常使用所谓的软IP(全称:软知识产权(Soft Intellectual Properties))。软IP通常作为源代码或者以网络列表的形式存在并且在FPGA的可自由编程的区域中被实现。因而,常常存在IP内核生成器,使用者可以使用所述IP内核生成器针对制造商的不同FPGA模型生成软IP、比如以网络列表形式的软IP。软IP的典型示例是有关相应的FPGA架构被优化的处理器内核(例如软IP内核),所述处理器内核连同它们的程序一起在需要时被集成到FPGA中。另一类是总线的接口控制器,但也是用于操控外部DRAM存储模块的控制器。
软IP大多被额外购买。要么直接针对特定目标设备授予使用这些软IP的许可证(针对单个设备使用(use per device)),要么针对不受限制的目标设备组授予使用这些软IP的许可证(批量许可证(Bulk Lizenz)),这大多昂贵。如果已授予了许可证且软IP在目标设备上处于运行中,则软IP运行的时间段不再能被软IP所有者(许可证颁发者)控制。
如果被许可的软IP的使用时间段可能会被规定并且对该软IP的超出该时间段的使用可能会变得困难或者被阻止,则对于许可证颁发者来说会有利。
到目前为止的许可证管理方案只包含能够在可重新配置的硬件系统上运行专用软件IP的解决方案,然而实际上不可能对软IP使用进行时间限制。
一种方案基于如下原理,在该原理的情况下,设备标识(设备ID(Device Id))、例如FPGA的唯一ID(标识符)被发送给软IP许可证颁发者。由设备的制造商、比如FPGA的制造商提供的个性化模块、通常是机密密钥被加载到该设备中。现在,在使用该密钥的情况下,可以基于设备标识利用由软IP许可证颁发者提供的具有与此匹配的密钥的软IP、大多以加密位文件形式的软IP来对该设备进行配置。因此,以位文件形式的软IP只能被用于特定设备。不可能多次使用。
一种类似方案使用公钥密码来将软IP与特定设备绑定。
在另一种方案中,可信“计量机构(Metering Authority)”管理一个或多个密钥,所述密钥分别唯一地被分配给FPGA的设备标识与特定软IP的组合。现在,系统设计方可以通过作为FPGA中的永久部分的“计量比特流(Metering Bitstream)”来激活特别是针对其FPGA设备的软IP,将这称为设备注册(Device Enrollment),为此参见“A Pay-per-UseLicensing Scheme for Hardware IP Cores in Recent SRAM-Based FPGAs”,Roel Maes,Dries Schellekens, Ingrid Verbauwhede, IEEE Transactions on InformationForensics and Security,第7卷,第1期,99-108页,2012年2月。
发明内容
本发明的任务是说明一种用于管理软IP的许可证的方法,该方法能够对在可重新配置的硬件系统上安装的软IP的使用时长进行时间限制。对使用时长的时间限制可在于预先给定的绝对时间段和/或该软IP的预先给定的实际使用时长。
所提出的任务通过具有专利权利要求1的特征的方法通过如下方式来解决:
- 在硬件系统的不可配置的部分中,或者只针对硬件系统的不可配置的部分开放地,设置许可证管理器,该许可证管理器具有对非易失性存储器的独占访问,在该非易失性存储器中寄存有许可证数据,所述许可证数据包括对至少一个软IP的使用时长的时间限制;
- 在激活特定软IP之前,该许可证管理器检查该使用时长是否期满;而且
- 只有当该使用时长还没有期满时,该许可证管理器才准许使用该软IP。
实际使用时间可以通过许可证管理器来记录。许可证数据包含使用极限,如果达到该使用极限,则许可证管理器将该软IP停用。
按照本发明的优点在于:不需要与外部许可证服务器或其它外部辅助工具连接。
许可证管理器和用于许可证数据的非易失性存储器可以直接布置在硬件系统的不可配置的部分中。但是,也可能的是:许可证管理器和用于许可证数据的非易失性存储器被存储在另一非易失性存储器中,并且该另一非易失性存储器通过硬件与该硬件系统的不可配置的部分连接,使得许可证管理器和许可证数据在开始运转之前被加载到该硬件系统中。在此,该另一非易失性存储器通常在空间上紧挨着其余的部分可重新配置的硬件系统来布置。
本发明的一个实施方式规定:许可证管理器以特定的预先给定的时间间隔来检查使用时长是否期满。
在此可以规定:该检查以预先给定的固定时钟频率进行,该时钟频率由部分可重新配置的硬件系统预先给定。该时钟频率比如可以从硬件系统的CPU得出。
本发明的一个实施方式规定:如果许可证期满,则向部分可重新配置的硬件系统的设计方发出报告。由此来确保设计方可以迅速购置新的许可证并且该硬件系统可以立即重新正常使用。
特定软IP的许可证数据的更改、如来自许可证颁发者的许可证授予、许可证延长或许可证终止应该相对应地安全地进行。就这方面来说可以规定:在使用密钥的情况下更改许可证数据,该密钥寄存在用于许可证数据的非易失性存储器中。
尤其可以规定:在更改许可证数据的情况下,新密钥被寄存并且先前的密钥被删除。
在软IP中,通常用于许可证控制的自己的电路部分将其活动报告给许可证管理器。接着,许可证管理器记录软IP的时间活动并且检查许可证的有效性。就这方面来说可以规定:在硬件系统的可配置部分中,针对每个软IP设置用于许可证控制的电路部分,通过该电路部分来向许可证管理器报告软IP的活动。
在此可以规定:用于许可证控制的电路部分通过自己的许可证接口来与许可证管理器连接。即,于是只有各个软IP的被设置用于许可证控制的电路部分通过该许可证接口来与许可证管理器进行通信。
本发明也包括部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA,用于执行按照本发明的方法。在此规定:
- 在硬件系统的不可配置的部分中,或者只针对硬件系统的不可配置的部分开放地,设置许可证管理器,该许可证管理器具有对非易失性存储器的独占访问,在该非易失性存储器中寄存有许可证数据,所述许可证数据包括对至少一个软IP的使用时长的时间限制;而且
- 该许可证管理器被构造为使得在激活特定软IP之前,该许可证管理器检查该使用时长是否期满,并且只有当该使用时长还没有期满时,该许可证管理器才准许使用该软IP。
如已经结合按照本发明的方法所述,可以规定:许可证管理器和用于许可证数据的非易失性存储器布置在硬件系统的不可配置的部分中。或者可以规定:许可证管理器和用于许可证数据的非易失性存储器被存储在另一非易失性存储器中,并且该另一非易失性存储器通过硬件与该硬件系统的不可配置的部分连接,使得许可证管理器和许可证数据可以在开始运转之前被加载到该硬件系统中。
在硬件系统的可配置的部分中,可以针对每个软IP设置用于许可证控制的电路部分,其中这些用于许可证控制的电路部分通过自己的许可证接口来与许可证管理器连接。
通过按照本发明的方法或按照本发明的部分可重新配置的硬件系统,在使用许可证管理器的情况下,软IP的所有者(许可证颁发者)能够在特定的已经在使用的部分可重新配置的硬件系统中对软IP的使用进行时间限制。
另一方面,由此也能够从一开始就为用户提供有时间限制的许可证,对于用户来说,这可以比没有限制的许可证的成本更低。
由此,软IP的所有者(许可证颁发者)也可以确定软IP的实际使用时长,其方式是该所有者必要时评估用户对许可证的后续购买。据此可以编制使用分布曲线。
利用本发明,也可以通过软IP的实际活动来计算许可证使用。这样,例如可以不针对该软IP不被使用、即例如处在掉电(Power-Down)模式下的那些时间段进行许可证结算。
附图说明
为了进一步阐述本发明,在说明书的后续部分中参考附图,从这些附图中能得知本发明的其它有利的设计方案、细节和扩展方案。这些附图应示例性地理解并且虽然应该说明本发明特征,但是绝对不是限制本发明特征或者甚至对本发明特征进行封闭式再现。其中:
图1示出了按照本发明的FPGA的简图;
图2示出了许可证管理的流程图;
图3示出了安装新许可证数据的流程图。
具体实施方式
图1示出了按照本发明的部分可重新配置的FPGA的简图,该FPGA包括不可配置的硬处理器系统(Hard Processor System,HPS)HPS以及可配置的所谓的构造(Fabric)F。在HPS与构造F之间实现许可证接口1(英文license interface)。通过该许可证接口1,设置在构造F中的一个或多个软IP 3与设置在HPS中的许可证管理器2进行通信。许可证管理器2具有对非易失性存储器4的独占访问,该非易失性存储器包含用于许可证管理的许可证数据5,这里是许可证数据#1至许可证数据#n。用于许可证管理的数据能够实现对软IP 3的当前运行时间的跟踪。
构造F包含重新配置接口(英文reconfiguration interface)RI,该重新配置接口包含一个或多个重新配置容器RC1、RC2。每个重新配置容器RC1、RC2包含:至少一个软IP 3,这里用“HW App A”或“HW App B”来表示;和用于许可证控制的电路部分6。每个重新配置容器RC1、RC2通过自己的许可证接口1与HPS的许可证接口1保持连接。
通过设置在软IP 3中的用于许可证控制(英文licensing control)的电路部分6来向许可证管理器2报告软IP 3的活动。只有当存在有效的许可证数据#1, ..., #n时、例如当对于有关软IP 3来说有时间限制、例如100个工作小时的许可证仍没有期满时,许可证管理器2才允许执行软IP 3。
在图2中示出了FPGA许可证管理的各个步骤的流程。该流程示出了在将软IP 3的二进制文件成功加载到FPGA的构造F中的相对应的容器(重新配置容器RC1、RC2)中的过程之后在软IP 3与许可证管理器2之间的通信过程。
CPU将软IP 3的二进制文件通过重新配置接口RI加载到相对应的重新配置容器RC1、RC2中,参见步骤“将软IP加载到了容器中”。在激活功能性之前,软IP 3检查有效许可证的可用性,参见步骤“激活请求”。为此,软IP 3通过许可证接口1与许可证管理器2连接。该许可证管理器检查针对该软IP 3所存储的许可证数据5,参见步骤“检查许可证数据”,并且该许可证管理器将相对应的激活数据发送回软IP 3,参见步骤“准许激活”。在许可证数据丢失或期满的情况下,不将激活数据发送给软IP,即没有“准许激活”。
许可证管理器2包含对许可证数据5进行更新的逻辑,参见“更新许可证使用时长”。如果加载许可证还没有期满的软IP 3,参见步骤“激活软IP”,则将该软IP的运行时间记录在许可证数据5中,参见步骤“触发对许可证使用的时间测量”。对运行时间的记录例如可以以特定的预先给定的时间间隔周期性地进行,参见重复的步骤“触发对许可证使用的时间测量”。通常借助于由FPGA预先给定的固定时钟频率来进行该记录。如果可用的运行时间期满,即软IP例如已经活跃了100个小时,则停止软IP的功能。为此,许可证管理器2通过许可证接口1将停用命令(“软IP锁定”)发送给软IP,以便将该软IP停用(“停用软IP”)。现在,许可证管理器2也可以发出报告,该报告向用户通知许可证期满。
图3示出了安装新许可证数据的流程、更确切地说在修改FPGA的非易失性存储器4中的许可证数据5的情况下在(例如FPGA制造商的)所谓的可信编程软件与FPGA中的许可证管理器2之间的通信过程。
许可证管理器2包含逻辑,该逻辑将尤其是新的软IP 3的许可证数据5存储在非易失性存储器4中或者对这些许可证数据进行修改。为此所需的密钥(英文key)作为机密且受保护的密钥(英文secret key)被存储在非易失性存储器4中并且被称作许可证管理授权密钥,参见图3中的“LM授权密钥(LM-Authority-Key)”。通过由FPGA制造商提供的可信编程软件或者许可软IP来实现许可证授予、许可证延长或许可证终止。该过程从现有技术中公知,为此比如参照上文引用的出版物“A Pay-per-Use Licensing Scheme for Hardware IPCores in Recent SRAM-Based FPGAs”。
为了保护许可证数据5以防未经允许的访问,在每次许可证授予、许可证延长或许可证终止之后在非易失性存储器4中更新许可证管理授权密钥并且将先前的许可证管理授权密钥删除。软IP所有者或许可证颁发者将用于软IP 3的许可证数据5传送给FPGA制造商。FPGA制造商将当前有效的许可证管理授权密钥“LM授权密钥n”和用于下一次修改的许可证管理授权密钥、即“LM授权密钥n+1”添加至许可证数据5并且将这些许可证数据发送给FPGA设计方。该FPGA设计方借助于可信编程软件或许可软IP来更新FPGA中的软IP 3的许可证数据5,以及FPGA制造商的数据。
在图3中,可信编程软件将对具有“LM授权密钥n”的许可证数据的更改请求发送给许可证管理器2。该许可证管理器检查“LM授权密钥n”,并且“在检查成功之后”,“准许更改请求”。然后,从可信编程软件“传输新的许可证数据和LM授权密钥n+1”给许可证管理器。在许可证管理器中,“存储新的许可证数据”以及“替换用于下一次修改许可证数据的LM授权密钥”。如果完成这一点,则许可证管理器将“确认数据接收成功”发送给可信编程软件。
可以考虑外部的(设置在HPS之外的)非易失性存储器,作为许可证管理器2和许可证数据5的存储位置的可能的变型方案,其中于是许可证管理器2和许可证数据5在FPGA启动时从外部存储器被加载到HPS中。
在此,外部的非易失性存储器也可位于安全芯片、即所谓的加密芯片、例如VaultIC420™上,由此附加地保护数据以防未经授权的物理更改。
在按照本发明的方法中,重新配置接口RI和重新配置容器RC1、RC2也可以被省去,并且作为替代可以将常规的(没有先前的部分重新配置的)位文件用作软IP 3。
附图标记列表:
1 许可证接口
2 许可证管理器
3 软IP
4 非易失性存储器
5 许可证数据
6 用于许可证控制(英文licensing control)的电路部分
F 构造
HPS 硬件系统的不可配置的部分(硬处理器系统)
RC1 重新配置容器(Reconfiguration Container)
RC2 重新配置容器(Reconfiguration Container)
RI 重新配置接口(英文reconfiguration interface)

Claims (14)

1.一种用于管理在部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA上的软IP的许可证的方法,其特征在于,
- 在所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)中,或者只针对所述硬件系统(HPS)的不可配置的部分开放地,设置许可证管理器(2),所述许可证管理器具有对非易失性存储器(4)的独占访问,在所述非易失性存储器中寄存有许可证数据(5),所述许可证数据包括对至少一个软IP(3)的使用时长的时间限制;
- 在激活特定软IP(3)之前,所述许可证管理器(2)检查所述使用时长是否期满;而且
- 只有当所述使用时长还没有期满时,所述许可证管理器(2)才准许使用所述软IP(3)。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述许可证管理器(2)以特定的预先给定的时间间隔来检查所述使用时长是否期满。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,以预先给定的固定时钟频率来进行所述检查,所述时钟频率由所述部分可重新配置的硬件系统来预先给定。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,如果许可证期满,则向所述部分可重新配置的硬件系统的设计方发出报告。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在使用密钥的情况下更改所述许可证数据(5),所述密钥寄存在用于许可证数据(5)的非易失性存储器(4)中。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在更改所述许可证数据(5)的情况下,新密钥被寄存并且先前的密钥被删除。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,所述许可证管理器(2)和用于所述许可证数据(5)的非易失性存储器(4)布置在所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述许可证管理器(2)和用于所述许可证数据(5)的非易失性存储器(4)被存储在另一非易失性存储器中,并且所述另一非易失性存储器通过硬件与所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)连接,使得许可证管理器(2)和许可证数据(5)在开始运转之前被加载到所述硬件系统中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述硬件系统的可配置部分(F)中,针对每个软IP(3)设置用于许可证控制的电路部分(6),通过所述电路部分来向所述许可证管理器(2)报告所述软IP(3)的活动。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述用于许可证控制的电路部分(6)通过自己的许可证接口(1)与所述许可证管理器(2)连接。
11. 一种部分可重新配置的硬件系统、尤其是FPGA,用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其特征在于,
- 在所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)中,或者只针对所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)开放地,设置许可证管理器(2),所述许可证管理器具有对非易失性存储器(4)的独占访问,在所述非易失性存储器中寄存有许可证数据(5),所述许可证数据包括对至少一个软IP(3)的使用时长的时间限制;而且
- 所述许可证管理器(2)被构造为使得在激活特定软IP(3)之前,所述许可证管理器检查所述使用时长是否期满,并且只有当所述使用时长还没有期满时,所述许可证管理器(2)才准许使用所述软IP(3)。
12.根据权利要求11所述的部分可重新配置的硬件系统,其特征在于,所述许可证管理器(2)和用于所述许可证数据(5)的非易失性存储器(4)布置在所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)中。
13.根据权利要求11所述的部分可重新配置的硬件系统,其特征在于,所述许可证管理器(2)和用于所述许可证数据(5)的非易失性存储器(4)被存储在另一非易失性存储器中,并且所述另一非易失性存储器通过硬件与所述硬件系统的不可配置的部分(HPS)连接,使得许可证管理器(2)和许可证数据(5)能够在开始运转之前被加载到所述硬件系统中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的部分可重新配置的硬件系统,其特征在于,在所述硬件系统的可配置的部分(F)中,针对每个软IP(3)设置用于许可证控制的电路部分(6),其中所述用于许可证控制的电路部分(6)通过自己的许可证接口(1)与所述许可证管理器(2)连接。
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