PL217206B1

PL217206B1 - Prądowy układ programowalny

Info

Publication number: PL217206B1
Application number: PL388749A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Gołofit
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2014-06-30
Also published as: PL388749A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest prądowy układ programowalny, będący różnicowo-prądową realizacją układu z klasy tzw. prostych programowalnych układów logicznych SPLD (od ang. Simple Programmable Logic Device). Wynalazek może być stosowany do budowy uniwersalnych struktur programowalnych oraz do ochrony układów kryptograficznych przed atakami z kanałem pobocznym.

Znane są w technice, np. z publikacji P. Sołtan, O. Maslennikow „Model reprogramowalnego prądowego układu działającego w logice wielowartościowej”, mat. konf. IV Krajowej Konferencji Elektroniki, tom 2/2, s. 585-590, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin, 2005, prądowe układy programowalne, w których programowalna matryca kluczy połączeniowych posiada pojedyncze ścieżki prądowe dla pojedynczych sygnałów prądowych oraz do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych dołączone są zestawy elementów o pojedynczych, prądowych wejściach i wyjściach.

Znane są w technice, np. z materiałów informacyjnych firmy Xilinx „Programmable Logic Design

- Quick Start Handbook”, Ver. June 12, 2006, www.xilinx.com, napięciowe układy programowalne, w których do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych dołączone są zespoły elementów o pojedynczych, napięciowych wejściach i wyjściach: zespół elementów wejściowych, zespół elementów wyjściowych oraz zespół elementów realizujących podstawowe funkcje logiczne i komórki pamięci.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że zaprogramowana matryca kluczy połączeniowych dla każdej ścieżki prądowej pojedynczego sygnału prądowego posiada drugą ścieżkę prądową dla symetrycznego i przeciwnego sygnału prądowego. Dołączone do matrycy elementy są elementami o różnicowo-prądowych wejściach i/lub wyjściach. Układ posiada zespół elementów prądowych dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych, przy czym pojedynczy element prądowy tego zespołu stanowi parę przeciwsobnych źródeł prądowych. Zespół różnicowo-prądowych elementów logicznych i/lub pamięciowych dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych ma pojedynczy element będący różnicowo-prądową bramką. Zespół różnicowo-prądowych elementów logicznych i/lub pamięciowych dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych ma pojedynczy element będący przerzutnikiem typu zatrzask stanowiącym podstawową komórkę pamięci różnicowego sygnału prądowego.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że w prądowym układzie programowalnym możliwa jest realizacja dowolnych trójwartościowych funkcji dla potrzeb obliczeń binarnych i ternarnych. Kolejnym korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że przy pomocy pojedynczej struktury - składającej się np. z jednego elementu logicznego - można realizować wieloargumentowe funkcje logiczne typu: AND, NAND, OR i NOR. Innym korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że w zaprogramowanej strukturze kluczy połączeniowych - tzn. bez zmiany połączeń matrycy kluczy połączeniowych - można zmieniać funkcje realizowane przez fragmenty układu poprzez regulację wartościami sygnałów prądowych zarówno wejściowych jak i wewnętrznych.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy łączenia zespołów elementów, a fig. 2 przedstawia przykładową realizację pojedynczej funkcji.

Układ uwidoczniony na fig. 1 zawiera programowalną matrycę kluczy połączeniowych MKP, w której każdy sygnał logiczny reprezentowany jest przez dwa sygnały prądowe, równe, co do wart ości prądu, przeciwne, co do kierunku prądu, gdzie wszystkie ścieżki i węzły prądowe posiadają realizację symetryczną i równoległą dla przeciwnych sygnałów prądowych. Do matrycy MKP dołączony jest zespół elementów sygnałów wejściowych ZI, gdzie pojedynczy element sygnału wejściowego EI ma dołączone do matrycy MKP dwie pary przewodów - odpowiednio dla wzmocnionych lub powtórzonych wejściowych różnicowych sygnałów prądowych: sygnału powtórzonego i sygnału zanegowanego. Do matrycy MKP dołączony jest zespół elementów wyjściowych ZO, gdzie pojedynczy element sygnału wyjściowego EO ma dołączoną do matrycy MKP jedną parę przewodów. Do matrycy MKP dołączony jest zespół elementów prądowych ZP, gdzie pojedynczy element prądowy EP ma dołączoną do matrycy MKP jedną parę przewodów - każdy przewód dla prądu o ustalonej wartości płynącego w kierunku przeciwnym do drugiego przewodu w parze. Do matrycy MKP dołączony jest również zespół różnicowo-prądowych elementów logicznych i/lub pamięciowych ZLP, którego pojedynczy element ELP ma dołączone do matrycy dwie pary przewodów - pierwszą parę dla różnicowo-prądowego sygnału wejściowego elementu ELP a drugą parę dla sygnału wyjściowego elementu ELP. Po zaprogramowaniu matrycy MKP uzyskuje się połączenia konkretnych elementów oraz operacje prądowe

PL 217 206 B1 polegające na zamianie przewodów w parze i sumowaniu odpowiednich par sygnałów prądowych w węzłach prądowych.

Układ zobrazowany na fig. 2 przedstawia przykładową realizację dwuargumentowej funkcji XNOR, z uwidocznieniem jedynie tych elementów, które posłużyły do implementacji funkcji. Sygnały wejściowe a i b w formie niezanegowanej zostały wprowadzone do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych MKP poprzez elementy wejściowe EI1 (a) i EI2 (b). Zaprogramowanie matrycy MKP polega na utworzeniu zwarć i rozwarć poziomych i pionowych traktów matrycy w miejscach ich krzyżowania się. W punktach P1 i P2 została utworzona różnica prądowa sygnałów wejściowych (a-b), czego wynik został doprowadzony do elementu logicznego ELP1 realizującego funkcję prądową BR(x) opisaną wzorem:

	7	dla	x = -I, -27
£/f(x) = <	0	dla	x-0
	I	dla	x = I, 27

Wynik działania elementu ELP1 (BR(a-b) = XOR(a,b)) został wprowadzony na matrycę MKP, gdzie razem z zamianą kolejności linii prądowych (-BR(a-b)) została dołączona do sygnału prądowa jedynka w postaci dwóch prądów elementu prądowego EPl (-BR(a-b)+1) w punktach P3 i P4. W wyniku tych operacji otrzymany sygnał (-BR(a-b)+l = XNOR(a, b)) został doprowadzony do elementu pamięciowego ELP2, a następnie do elementu wyjściowego EO1 (z = XNOR(a, b)). Do realizacji funkcji XNOR zostały wykorzystane następujące zasoby: dwa elementy wejściowe El, po jednym elemencie wyjściowym EO i prądowym EP oraz dwa elementy logiczno-pamięciowe ELP.

Możliwości zastosowania wynalazku przewiduje się w zależności od eksploatowanych cech w ynalazku. Po pierwsze, do realizacji rozbudowanych struktur programowalnych. Po drugie, do implementacji algorytmów kryptograficznych - tam gdzie istnieje potrzeba zachowania uniwersalności programowania i jednocześnie ograniczenia wycieku informacji, związanego z korelującymi z obliczeniami zmianami prądu zasilania i pola elektromagnetycznego wokół układu. Po trzecie, do implementacji tzw. maskowania dla elementów algorytmów kryptograficznych - tzn. zamienne stosowanie różnych funkcji przez te same struktury arytmetyczne. Po czwarte, do efektywnej implementacji wielo wartościowych funkcji AND, NAND, OR i NOR.

Claims

1. Prądowy układ programowalny zawierający programowalną matrycę kluczy połączeniowych, która to matryca zawiera pojedyncze ścieżki prądowe dla sygnałów prądowych, oraz ma dołączony zespół elementów wejściowych, zespół elementów wyjściowych oraz zespół elementów logicznych i/lub pamięciowych, znamienny tym, że zaprogramowana matryca kluczy połączeniowych (MKP) dla każdej ścieżki prądowej pojedynczego sygnału prądowego posiada drugą ścieżkę prądową dla symetrycznego i przeciwnego sygnału prądowego, oraz że dołączone do matrycy elementy są elementami o różnicowo-prądowych wejściach i/lub wyjściach.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada zespół elementów prądowych (ZP) dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych (MKP), przy czym pojedynczy element prądowy (EP) tego zespołu stanowi parę przeciwsobnych źródeł prądowych.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół różnicowo-prądowych elementów logicznych i/lub pamięciowych (ZLP) dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych (MKP) ma pojedynczy element (ELPl) będący różnicowo-prądową bramką (BR).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół różnicowo-prądowych elementów logicznych i/lub pamięciowych (ZLP) dołączony do programowalnej matrycy kluczy połączeniowych (MKP) ma pojedynczy element (ELP2) będący przerzutnikiem typu zatrzask (PM) stanowiącym podstawową komórkę pamięci różnicowego sygnału prądowego.