Transcript 長谷部 聖哉（9.4-5）

CHAPTER9 9.4～9.5
学籍番号 ６３１１６６６
長谷部聖哉
9.4ハードウェアでテストするTriple-DESアルゴリズム
• 前章で示した反復の手法
– ソフトウェアシミュレーション
– コンパイル
– ハードウェアシミュレーション
• これらの目的
– アルゴリズムに適した関数の検証
– 初期性能の数値評価
• 性能の評価
– コンパイラツール
– ハードウェアシミュレーション
• デバッグと性能分析の両方に優れているが、
実際にハードウェアの動きを監視する方が良い
SW/HWのテスト環境のセットアップ
プラットフォームの選択
• V2MB1000ボードを選択（HW）
– メメックデザインから入手可能なFPGAのプロトタイピ
ングボード
– オンボード周辺機器インタフェース
• ネットワークインターフェイス、 USBポートなど
– ザイリンクスのVirtexⅡデバイス
• MicroBlazeソフトプロセッサコアとそのFSLを相互
接続することにより実装（SW）
– 効率的なSWとHWの通信チャネルを提供
– 高速にMicroBlazeからFPGAベースのアルゴリズムに
文字列データを変換可能
SW及びHWのアルゴリズムの比較
• テストの目的
– SWとHW上で同じアルゴリズムのコンパイル
• MicroBlazeプロセッサ上での標準Cの関数（SW）
• FPGA上で実装（HW）
アルゴリズムの精度と性能の両面を比較可能
MicroBlazeの役割
テキストデー
タを渡す
結果を受け取
る
• システム検証用のテストは前章のものより簡
単
• SWテストベンチを作成
– テキストファイルから文字を読み込む
– 文字を暗号化する
– 出力のために復合化
従来のCの関数呼び出しで同一の暗号化と復号化
以前のSWテストベンチ
• 複数のプロセスを使用
– 生産者，消費者プロセスなど
• ６つのプロセスから成っていた
– VisualStudioで6つの独立したスレッドで実装
– ６つのプロセスを並列な動作確認可能
今回のテストベンチ
• 複数プロセスを実行するのにスレッドに依存
していないもの
– スレッドライブラリ（pthreads）
– 組み込みオペレーティングシステム
テストベンチプロセスは互換性がありMicroBlaze
プロセッサとWindowsデスクトップでも使用可能
（ ＃ifdefステートメントのおかげで？）
• はじめにTIMED_TESTマクロを定義する
– ターゲットプラットフォーム内のタイマーを呼び出す
– Xilinxのxtmrctr.hをinclude
• co.hをincludeする
– Impulseから提供され、インパルスCライブラリ関数の
宣言が含まれる
– 関数自体は選択したプラットフォームに固有のライブ
ラリで提供される
• 暗号化ブロックサイズと通信鍵スケジュールの
深さを指定
– BLOCKSIZEとKS_DEPTHマクロで
– これらは変更してはいけない
• MicroBlazeをコンパイル
– printf関数はxil-printf関数（MicroBlazeの固有の
関数）に置き換えられる
– UART周辺機器へこの関数は対応付けられる
• co_initializeとdeskeyをexternで宣言
– co_initializeは既に設定されている関数を使用し
て定義（8章）
– deskeyは24個の暗号化キーから鍵スケジュール
データを生成するために使用
得られたキースケジュールとSPボックスのデータ
は、extern配列Ks，Spboxに格納
• 静的文字配列の値はブロックとして宣言
– この値はテスト入力として使用
– ソフトベンチをマイナーな修正により多くの入力文
字を使用可能になる
9.5ソフトウェアストリームマクロインタフェース
• アルゴリズムはHWで実装し最適化（１０章）
– 1,2クロックサイクルでデータ消費や処理が可能
– 非常に高速なデータレートを維持可能
HWにデータを提供するSWの部分も効率的に
データを出力可能にすべき
• SWアプリケーションのオーバーヘッドを軽減する
方法
– 非効率な関数呼び出しの回数を減らす
• ストリームを操作する標準メソッド
– co_stream_open（開く）
– co_stream_read（読み取り）
– co_stream_write（書き込み）
– co_stream_close（閉じる）
ストリームインターフェイス間でデータ通信を構成、
管理するために使用
ストリームインタフェースは以下のように実装
• FIFOのバッファリングチャネル（HW側）
• メモリマップを利用した低レベルバスインタフェース
（SW側）
• ストリーム関数の単純な手続き呼び出しの
オーバーヘッドには多くのサイクルが必要
パフォーマンスの低下が生じる
• ストリームの読み書き関数のマクロの使用
埋め込まれたアセンブリ命令を使用
関数呼び出しのオーバーヘッドの削減が可能
• HWプロセス
– 常に標準のインパルス関数を利用すべき（4章）
• SWプロセス
– 以下のマクロを使用し，より直接的な関数に置き
換えることでパフォーマンスを向上
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HW＿STREAM＿OPEN（proc,stream,mode,type）
HW＿STREAM＿READ（proc,stream,var,evar）
HW＿STREAM＿WRITE（proc,stream,var）
HW＿STREAM＿CLOSE（proc,stream）
• マクロの使用の注意点
– SWとHWの互換性を維持するために開発過程の
後半まで使用は控えるべき
– HWプロセスでは利用できない可能性がある