探索MPC184：强大的安全处理器

引言

在当今数字化的时代，网络安全至关重要。对于电子工程师而言，选择合适的安全处理器是保障系统安全的关键。Freescale Semiconductor的MPC184安全处理器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了众多网络和计算系统的理想选择。今天，我们就来深入了解一下MPC184的相关特性和设计要点。

文件下载：MPC184VMB.pdf

MPC184概述

MPC184是一款灵活且强大的安全处理器，适用于采用Motorola PowerQUICC系列集成通信处理器的网络或计算系统，以及支持PCI总线协议的任何系统。它的主要作用是将计算密集型的安全功能，如密钥生成与交换、认证和批量加密等，从主机处理器中卸载出来，从而减轻主机处理器的负担。

主要特性

1. 多种加密执行单元
   • 公钥执行单元（PKEU）：支持RSA和Diffie - Hellman算法，可编程字段大小可达2048位，还支持椭圆曲线密码学，包括F2m和F(p)模式，可编程字段大小可达511位。
   • 数据加密标准执行单元（DEUs）：支持DES、3DES算法，有双密钥（K1, K2, K1）或三密钥（K1, K2, K3）模式，以及ECB和CBC模式。
   • 高级加密标准单元（AESU）：实现Rinjdael对称密钥密码，支持ECB、CBC和计数器模式，可编程密钥长度为128、192或256位。
   • ARC Four执行单元（AFEU）：实现与RC4算法兼容的流密码，密钥可编程范围为40 - 128位。
   • 消息摘要执行单元（MDEUs）：支持SHA - 1（160位或256位消息摘要）、MD5（128位消息摘要）以及HMAC算法。
2. 随机数生成器（RNG）：可生成随机数，为加密过程提供安全的随机种子。
3. 外部总线接口
   • 8xx兼容外部总线接口：具有主/从逻辑，32位地址/32位数据，最高运行频率可达75 MHz。
   • PCI 2.2兼容外部总线接口：同样具有主/从逻辑，32位地址/32位数据模式，运行频率为66 MHz。
4. 加密通道：拥有4个加密通道，每个通道支持多命令描述符链，可通过集成控制器进行静态和/或动态的加密执行单元分配。
5. 内部存储：具备8KB的内部暂存内存，用于密钥、IV和上下文存储。
6. 电源和封装：采用1.5V电源，3.3V I/O，252 MAP BGA封装，功耗仅为1.0W。

系统架构

MPC184能够轻松集成到使用8xx或PCI总线协议的任何系统中。它可以作为8xx或PCI总线上的主设备，从而解决通常与从设备相关的数据移动瓶颈问题。外部处理器通过其设备驱动程序，使用系统内存进行数据存储来访问MPC184。当应用程序需要加密功能时，只需为MPC184创建描述符，定义要执行的加密功能和数据位置。MPC184的主控能力允许主机处理器通过少量寄存器写入来设置加密通道，然后由MPC184在系统内存上进行读写操作以完成所需任务。

连接示例

• 与PowerQuicc 8xx总线连接：如文档中的图1所示，MPC184通过8xx总线与MPC860相连，同时连接主内存、I/O或网络接口。
• 与集成主机CPU（如MPC8245）连接：如图2所示，MPC184通过PCI本地总线与MPC8245通信，同时连接网络接口卡。

引脚分配

在32位PCI模式下，MPC184的引脚分配有特定要求。文档中的表1详细展示了引脚连接情况，其中阴影区域表示在32b PCI模式下必须不连接的引脚，或者是为了方便从MPC190迁移而需要特别考虑的引脚。

信号描述

表2给出了MPC184在32位PCI模式下的信号描述。这些信号包括地址/数据和命令引脚、接口控制信号、仲裁信号、系统信号、错误报告信号、中断信号、JTAG/边界扫描信号以及电源/接地/不连接引脚等。每个信号都有其特定的功能和类型，例如，FRAME#信号由发起者断言表示总线事务开始，TRDY#信号由目标断言表示准备好完成总线事务等。同时，文档还提醒参考PCI本地总线规范修订版2.2的第2、4和7章，以考虑其他PCI系统相关问题。

电气和热特性

绝对最大额定值

MPC184的绝对最大额定值包括电源电压（核心和I/O）、存储温度和静态输入引脚电压等参数。需要注意的是，VDDQ在任何时候都不能超过VDD 2.2V，超过绝对最大额定值可能会导致设备永久性损坏，因此功能操作应限制在推荐的工作条件内。

封装热特性

对于252引脚的MBGA封装，文档给出了热阻参数，如结到环境（单层板和四层板）、结到板（底部）、结到外壳（顶部）的热阻。结温是芯片功耗、封装热阻、安装位置（板）温度、环境温度、气流、板布局和板热阻的函数。

工作条件和电气特性

文档提供了AC和DC电气特性，包括电源电压、输入输出电压、电流等参数。例如，核心电源电压范围为1.35 - 1.65V DC，I/O电源电压范围为3.0 - 3.6V DC等。

AC定时规格

包括主时钟和复位信号的AC定时规格，如输出上升/下降时间、MCLK频率、MCLK占空比、RESET脉冲宽度和RESET输入上升/下降时间等。

AC定时特性

针对数据信号的AC定时规格，如时钟频率、时钟周期时间、时钟到信号有效延迟、输入建立时间、输入保持时间、浮动到激活延迟和激活到浮动延迟等。

IEEE 1149.1 AC定时规格

给出了JTAG的AC定时规格，包括TCK周期时间、TCK时钟高时间、TCK时钟低时间、TDO访问时间、TRST脉冲宽度、设置时间和保持时间等。

案例轮廓封装尺寸

文档中的图6和图7展示了MPC184的案例轮廓封装尺寸，包括各个维度的最小和最大值以及相关注释。这些尺寸信息对于硬件设计中的布局和安装非常重要。

应用与文档资源

MPC184适用于多种应用场景，如SOHO/ROBO路由器、DSLAMS、宽带接入设备、电子商务服务器和WAP网关等。同时，Freescale还提供了丰富的文档资源，包括应用笔记、勘误表、事实表、产品简介、参考手册、选择指南、用户指南和白皮书等，方便工程师进行开发和设计。

总结

MPC184安全处理器以其丰富的加密功能、灵活的总线接口和良好的电气性能，为电子工程师在设计网络和计算系统时提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体需求，合理利用MPC184的特性，同时注意其引脚分配、信号描述和电气热特性等方面的要求，以确保系统的安全和稳定运行。大家在使用MPC184的过程中，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。