DE10309312B4

DE10309312B4 - Mehrseitig programmierbare Schnittstellenvorrichtung

Info

Publication number: DE10309312B4
Application number: DE2003109312
Authority: DE
Inventors: Dominik Wegertseder; Jean-Pierre Dr. Seifert; Stefan Dr. Rüping; Harald Hewel; Manfred Roth; Thomas Dr. Schweizer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: DE10309312A1; WO2004080031A3; WO2004080031A2

Abstract

Schnittstellenvorrichtung (1) zu einem Datenaustausch zwischen zumindest zwei Einrichtungen (3A, 3B), wobei
– die Schnittstellenvorrichtung zumindest zwei frei konfigurierbare Teilbereiche (1A, 1B) sowie zumindest zwei Anschlüsse (4) aufweist;
– wobei je einer der zumindest zwei frei konfigurierbaren Teilbereiche (1A, 1B) durch je einen an je einem der zumindest zwei Anschlüsse anliegenden Konfigurationsdatenstrom konfigurierbar ausgeführt ist; und
– wobei die zumindest zwei Teilbereiche nach vollständiger Konfigurierung durch die zumindest zwei Konfigurationsdatenströme einen funktionsfähigen Algorithmus bilden und für einen Datenaustausch zwischen den Einrichtungen (3A, 3B) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kommunikation zwischen verschiedenen Einrichtungen, bei der die Einrichtungen Bereiche einer frei programmierbaren Schaltungslogik so programmieren, daß eine Kommunikation zwischen den Einrichtungen über die Schaltungslogik ermöglicht ist.

Verschiedene Hardwareeinrichtungen, die gegenseitig Daten austauschen wollen, benötigen dazu eine gemeinsame Schnittstelle. Eine solche Schnittstelle kann als Software oder zusätzliche Hardware ausgebildet sein. Im Fall einer Softwareschnittstelle wird die gemeinsame Schnittstelle von beiden Hardwareeinrichtungen definiert und verwendet. Systemspezifische Befehle der ersten Hardwareeinrichtung werden mittels dieser Definition in eine allgemeingültigere Form gewandelt und zur zweiten Hardwareeinrichtung gesendet. Die zweite Hardwareeinrichtung übersetzt die allgemeingültigere Form zurück in ihre systemspezifischen Funktionen. Ein typisches Beispiel einer solchen Softwareschnittstelle ist das TCP/IP-Protokoll.

Die zweite Möglichkeit, eine Kommunikation zwischen zwei verschiedenen Hardwareeinrichtungen zu ermöglichen, besteht in einer fest verdrahteten Schnittstelle. Dabei ist beiden Hardwareeinrichtungen der funktionelle Bauplan der Schnittstelle bekannt. Als typisches Beispiel hierfür ist der PCI-Bus in einem handelsüblichen Computersystem erwähnt, in dem Steckkarten für zusätzliche Funktionen eingesetzt werden. Auch die "Plug and Play" Specification kann als Beispiel genannt werden. Druckschriften US 5,559,965 , US 6,098,116 und US 6,263,387 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Adapterkarten für eine Anbindung an ein Computersystem. Eine Kommunikation erfolgt dabei über einen spezifizierten Busstandard.

Im Bereich von sicherheitstechnischen Anwendungen, in dem sich beide Systeme gegeneinander authentisieren müssen, ist die genaue Kenntnis einer zwischen beiden Systemen liegenden Hardwareschnittstelle ein Nachteil, denn sie ermöglicht die Authentifizierung an einem System durch eine nichtbefugte Einrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung und ein Verfahren für eine sichere Schnittstelle vorzusehen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Schnittstellenvorrichtung umfasst zwei frei konfigurierbare Teilbereiche. Jeder Teilbereich ist durch je einen an je einem der zumindest zwei Anschlüsse anliegenden Konfigurationsdatenstrom konfigurierbar ausgeführt. Nach einer vollständigen Konfigurierung durch die zumindest zwei Konfigurationsdatenströme bilden die zumindest zwei Teilbereiche einen funktionsfähigen Algorithmus und sind für einen Datenaustausch zwischen den Einrichtungen ausgeführt.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist es, die Schaltungslogik mit mehr als zwei Einrichtungen zu verbinden, wobei jede Einrichtung einen Bereich der Schaltungslogik so konfiguriert oder programmiert, dass erst bei vollständiger und richtiger Programmierung eine Kommunikation zwischen den Einrichtungen möglich ist.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Schaltungslogik als Authentifizierungseinrichtung ausgebildet ist, die zwei unterschiedliche Systeme durch die Programmierung der Schaltungslogik authentifiziert. Bei einer falschen Programmierung der Schaltungslogik ist es den beiden Systemen nicht möglich, miteinander zu kommunizieren, und die Authentifizierung schlägt fehl. Eine korrekte Authentifizierung ermöglicht durch eine korrekte Programmierung der Schaltungslogik eine Kommunikation zwischen den Systemen.

Die jeweils von einer Hardwareeinrichtung zu programmierenden Bereiche der Schaltungslogik können vorteilhaft unterschiedlich groß oder gleich groß ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, die programmierbare Schaltungslogik als FPGA-Modul auszubilden.

Eine Programmiervorrichtung zum Programmieren der Schaltungslogik kann dabei Teil der Schaltungslogik oder Teil der jeweiligen Hardwareeinrichtung sein. Dadurch läßt sich vorteilhaft die Programmierung sequentiell oder parallel durchführen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
1 zeigt zwei verschiedene Hardwareeinrichtungen 3A und 3B, die mit einer über eine Schnittstellenvorrichtung 1 miteinander verbunden sind. Die Schnittstellenvorrichtung 1 enthält zwei programmierbare Bereiche 1A und 1B. Unter programmierbarer Schaltungslogik ist im weiteren eine Schaltungslogik mit einem programmierbaren Bereich zu verstehen.
Des weiteren weist die Schnittstellenvorrichtung eine Programmiereinrichtung 2 auf, mit deren Hilfe die Bereiche 1A und 1B konfiguriert oder programmiert werden können. Der Begriff Konfiguration bzw. Programmierung sind sinngemäß als gleichwertig anzusehen. Zur Programmierung des Bereichs 1A sendet die Hardwareeinrichtung 3A einen Konfigurationsdatenstrom 5A an die Programmiereinrichtung 2, die gemäß den Konfigurationsdaten den entsprechenden Bereich konfiguriert oder programmiert. Sind beide Bereiche 1A und 1B der Schaltungslogik vollständig und richtig programmiert, so ergänzen sie sich zu einer funktionsfähigen Schnittstelle, die einen Datenaustausch 4 zwischen den beiden Hardwareeinrichtungen 3A und 3B ermöglicht. Daten, die beispielsweise von der Hardwareeinrichtung 3A nach 3B gesendet werden, werden von der Schaltungslogik 1 in für die Hardwareeinrichtung 3B lesbare Daten transformiert und an diese weiter gesendet.
Ist die Programmierung unvollständig oder wurde durch eine Programmiereinrichtung eine falsche Hardwarekonfiguration zur Programmierung des Bereichs an die Programmiereinrichtung gesendet, so ist eine Kommunikation über die Schnittstellenvorrichtung 1 unmöglich. Die programmierbaren Bereiche 1A und 1B lassen sich sehr einfach als "Field Programming Gate Array" (FPGA) realisieren. Denkbar ist jedoch auch eine andere programmierbare Logikschaltung wie beispielsweise DLA oder PLD.
Durch die Programmierung von Bereichen der Schaltungslogik durch beide Hardwareeinrichtungen läßt sich nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip in einfacher Weise ein Authentifizierungsmodul ausbilden. In diesem Zusammenhang ist eine programmierte Schaltungslogik denkbar, die einen Algorithmus zur Ver- bzw. Entschlüsselung der von den Hardwareeinrichtungen 3A und 3B gesendeten Daten implementiert. Dazu programmiert jede Hardwareeinrichtung mittels ihrer Konfigurationsdaten 5A bzw. 5B über die Programmiereinrichtung die Schaltungslogik so, daß sie bei vollständiger Programmierung einen funktionsfähigen Algorithmus darstellt.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der vier Hardwareeinrichtungen über eine Schnittstellenvorrichtung, die eine programmierbare Schaltungslogik enthält, verbunden sind. Die programmierbare Schaltungslogik enthält vier Bereiche 1A bis 1D, die den jeweiligen Hardwareeinrichtungen 3A bis 3D zugeordnet sind. Die Hardwareeinrichtungen verfügen in diesem Fall über eine Programmiereinrichtung 2, die den zugehörigen Bereich der Schaltungslogik programmiert. Eine Kommunikation zwischen den Hardwareeinrichtungen ist wieder nur dann möglich, wenn alle vier Hardwareeinrichtungen ihren jeweiligen Bereich programmiert haben. Die einzelnen, von den Hardwareeinrichtungen zu programmierenden Bereiche der Schaltungslogik müssen nicht notwendigerweise fest vorge geben sein, sondern können in einer möglichen Weiterbildung der Erfindung auch dynamisch zugewiesen werden. Zweckmäßig ist eine weiterbildung in der die programmierbaren Bereiche der Schaltungslogik nicht notwendigerweise gleich groß sind. So kann eine Einrichtung nur einen sehr kleinen Teil der Schaltungslogik konfigurieren, während einer zweiten Einrichtung der größeren Bereich für die Konfigration zugewiesen ist.
Zusätzlich ist es denkbar, die Schnittstellenvorrichtung so auszubilden, daß für die Programmierung der Schaltungslogik eine bestimmte Reihenfolge vorgesehen ist.
Es ist möglich, als Weiterbildung der Erfindung eine Einrichtung innerhalb der Schnittstellenvorrichtung vorzusehen, die erst bei einem Anschluß aller Einrichtungen an die Schnittstellenvorrichtung eine Programmierung der jeweiligen Bereiche der Schaltungslogik ermöglicht und beim Trennen einer Hardwareeinrichtung von der Schnittstelle die Programmierung der Schaltungslogik löscht. Dabei kann die Einrichtung entweder die Schaltungslogik vollständig löschen oder nur einen Bereich der Logik, beispielsweise den Bereich der abgetrennten Einrichtung. Dadurch wird die Sicherheit gegen unbefugtes Auslesen der Programmierung der Schaltungslogik erhöht. Eine Programmierung der Schaltungslogik kann sowohl über einen gesonderten Anschluß erfolgen, als auch über die Verbindung 4, mit der ein Datenaustausch zwischen den Einrichtungen erfolgt.
Der erfindungsgemäße Gedanke läßt sich auch dahingehend erweitern, daß die so programmierbare Schaltungslogik nicht nur einen Bestandteil einer Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen Hardwareeinrichtungen darstellt, sondern auch als Bestandteil beispielsweise eines Sicherheitssystems gesehen werden kann. Zusätzlich ist es bei mehr als zwei mit der Schnittstellenvorrichtung verbundene Einrichtungen denkbar, ein Rechtemanagment zu benutzen, um so eine dedizierte Kommunikation zwischen einzelnen Einrichtungen zu ermöglichen.

1: Schnittstellenvorrichtung
1A, 1B, 1C, 1D: konfigurierbare Bereiche
2: Programmiereinrichtung
3A, 3B, 3C, 3D: Einrichtungen
4: Datenstrom
5A, 5B: Konfigurationsdatenstrom

Claims

Schnittstellenvorrichtung (1) zu einem Datenaustausch zwischen zumindest zwei Einrichtungen (3A, 3B), wobei – die Schnittstellenvorrichtung zumindest zwei frei konfigurierbare Teilbereiche (1A, 1B) sowie zumindest zwei Anschlüsse (4) aufweist; – wobei je einer der zumindest zwei frei konfigurierbaren Teilbereiche (1A, 1B) durch je einen an je einem der zumindest zwei Anschlüsse anliegenden Konfigurationsdatenstrom konfigurierbar ausgeführt ist; und – wobei die zumindest zwei Teilbereiche nach vollständiger Konfigurierung durch die zumindest zwei Konfigurationsdatenströme einen funktionsfähigen Algorithmus bilden und für einen Datenaustausch zwischen den Einrichtungen (3A, 3B) ausgebildet sind.
Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung (1) eine Programmiereinrichtung (2) aufweist, die einen Konfigurationsdatenstrom (5A, 5B) zur Programmierung der Schaltungslogik (1A, 1B) verwendet.
Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die frei konfigurierbaren Teilbereiche (1A, 1B) als FPGA-Module ausgebildet sind.
Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung einen Verbindungsanschluss für den Datenaustausch zwischen n Einrichtungen aufweist und eine Schaltungslogik aus n frei konfigurierbaren Teilbereichen aufweist.
Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch n Einrichtungen, die mit der Schnittstellenvorrichtung verbunden sind, wobei die n Teilbereiche der Schnittstellenvorrichtung durch die n Einrichtungen so konfigurierbar sind, dass ein Datenaustausch zwischen den n Einrichtungen über die Schnittstellenvorrichtung möglich ist.
Schnittstellenvorrichtung nach einem Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung n verschieden große frei konfigurierbare Teilbereiche aufweist.
System mit einer Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1, und zumindest zwei an die Schnittstellenvorrichtung angeschlossene Einrichtungen, wobei jede der angeschlossenen Einrichtungen eine Programmiereinrichtung aufweist, durch die ein Teilbereich der Schnittstellenvorrichtung konfigurierbar ist.
Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung eine Freigabeeinrichtung aufweist, die erst bei Verbindung aller Einrichtungen an die Schnittstellenvorrichtung eine Programmierung der Teilbereiche ermöglicht.
Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung eine Detektionseinrichtung aufweist, die nach einer Trennung einer Einrichtung von der Schnittstellenvorrichtung den durch diese Einrichtung konfigurierten Teil löscht.
Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenvorrichtung eine Detektionseinrichtung aufweist, die nach einer Trennung einer Einrichtung von der Schnittstellenvorrichtung die Teilbereiche der Schnittstellenvorrichtung löscht.
Schnittstellenvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Konfiguration der Teilbereiche der Schnittstellenvorrichtung eine bestimmte Reihenfolge vorgesehen ist.
Schnittstellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konfigurierbaren Teilbereiche als Authentifizierungseinrichtung ausgebildet sind, die zur Authentifizierung jeder angeschlossenen Einrichtung den von der Einrichtung konfigurierten Bereich verwendet.
Verfahren zum Betreiben einer Schnittstellenvorrichtung für den Datenaustausch zwischen zumindest zwei Einrichtungen (3A, 3B), umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Schnittstellenvorrichtung, die zumindest zwei konfigurierbare Teilbereiche (1A, 1B) aufweist, die mit einer Programmiervorrichtung konfiguriert werden; – Bereitstellen von zumindest zwei Einrichtungen (3A, 3B); – Programmieren eines jeden der zumindest zwei Teilbereiche durch je eine der zumindest zwei Einrichtungen mittels von diesen jeweils bereitgestellten Konfigurationsdaten, so dass bei vollständiger Programmierung ein funktionsfähiger Algorithmus aus den zumindest zwei Teilbereichen gebildet wird und darüber ein Datenaustausch der mit der Schnittstellenvorrichtung verbundenen Einrichtungen ermöglicht wird.