摘要：信息时代使得信息安全变得日益重要。攻击方为了获取想要的信息,除了使用软件方面的手段,如病毒、蠕虫、软件木马等,也使用硬件手段来威胁设备、系统和数据的安全,如在芯片中植入硬件木马等。如果将硬件木马植入信息处理的核心--处理器,那将风险更高、危害更大。然而,硬件木马位于信息系统底层核心的层面,难以被检测和发现出来。硬件木马是国内外学术界研究的热点课题,尤其是在设计阶段结合源代码的硬件木马检测问题,是新问题,也是有实际需要的问题。在上述背景下,围绕源代码中硬件木马的检测和验证展开了研究。基于硬件木马危害结果属性,在学术上提出基于安全风险的模型和验证规则,给出相应的描述形式,从理论上说明安全验证规则在减少验证盲目性、缩小可疑代码范围、提高评估效率的作用,实验表明,基于安全风险规则的验证,可以避免验证的盲目性和测试空间向量膨胀的问题,有效验证疑似硬件木马的存在和危害,对源代码安全评估是有一定效果的。

摘要：互联网时代的到来给嵌入式应用系统带来了前所未有的发展机遇,但是随之而来的网络应用安全问题也使得嵌入式应用系统面临着越来越严重的威胁,安全性已经成为嵌入式系统设计中一项极为重要的需求.为此,ARM公司提出了基于TrustZone技术的一套系统级安全解决方案,该技术是在尽量不影响系统的功耗、性能和面积的前提下通过硬件来实现安全环境与普通环境的隔离,而软件提供基本的安全服务和接口,由软硬件相结合而构建系统安全,也正因为这些特点而受到国内外研究者的广泛关注.文中重点分析了TrustZone技术提供的安全隔离系统基本架构、安全机制的实现方式及如何构建可信执行环境.在此基础上将该技术与其他提高嵌入式安全的技术作了分析对比,也进一步探讨了其优势与不足之处,并针对不足之处提出了可能的解决方案.最后,深入讨论了该技术在学术领域的相关研究工作和商业应用情况,同时结合当前嵌入式应用领域存在的安全问题展望了该技术的未来发展方向和应用需求.

摘要：得益于单指令多数据(single instruction multiple data,SIMD)向量化技术,处理器浮点计算能力获得了成倍的提升,然而当前SIMD向量部件和指令集仅支持加、减、乘、除、逻辑运算等基本操作,对浮点超越函数没有提供直接的支持.作为浮点计算中最耗时的一类函数,如何提高其性能成为底层数学库优化工作的一个重点.面向超越函数中的三角函数,提出一种利用SIMD向量部件设计、实现与优化向量三角函数的方法.该方法结合标量数学库分段计算与向量数学库向量化实现的优势,增加和优化了向量三角函数中的分支处理,既减少了函数实现中的冗余计算,又提高了分支情况下向量部件的利用率.在飞腾处理器上的实验表明:所提优化方法既保证了向量三角函数的精度,同时有效提高了函数性能,与原始向量三角函数相比平均性能加速比为2.04倍.

摘要：随着高性能、低功耗芯片的发展,多时钟域和跨时钟域(Clock Domain Crossing,CDC)设计越来越多,CDC设计和验证越来越重要。阐述了5种常用的同步器设计模板。验证方法提出了层次化的验证流程:结构化检查,基于断言的验证(assertion-based verification,ABV),对关键模块进行形式化验证。CDC设计应用于研发的一款65nm工艺SOC芯片(最高主频1GHz、10个时钟域设计、多种工作模式),该芯片已流片回来。经测试,芯片的功能正确,说明设计和验证方法是完备的。

摘要：信息时代使得信息安全变得日益重要。信息安全可以分为两类:软件安全和硬件安全。攻击方为了获取想要的信息,除了使用软件方面的手段,如病毒、蠕虫、软件木马等,同样也使用硬件手段来威胁设备、系统和数据的安全,如在芯片中植入硬件木马等。如果将硬件木马植入信息处理的核心——处理器,那将风险更高、危害更大。然而,硬件木马位于信息系统底层核心的层面,难以被检测和发现出来。硬件木马是国内外学术界研究的热点课题,尤其是在设计阶段结合源代码的硬件木马检测问题,是新问题,也是有实际需要的问题。在上述背景并结合国内对芯片RTL源代码安全风险评估的实际需求展开了相关工作,围绕RTL源代码中硬件木马的问题展开了研究。主要贡献:针对RTL级硬件木马尚未在学术上给出一般属性的问题,给出硬件木马的属性描述形式,在形成硬件木马属性的基础上,以模块端口信号为源,提出了一种基于信号流向的多叉树分层递归搜索方法,实验结果表明,该方法对于依附在端口上的硬件木马的检测是有效的。

摘要：由于集成电路的设计制造技术越来越复杂,使得芯片在设计及生产过程中充满潜在的威胁,即有可能被加入硬件木马。硬件木马有可能改变系统功能,泄漏重要信息,毁坏系统或造成拒绝服务等危害。文章系统的介绍了硬件木马的产生背景、概念及性质、国内外研究现状,对国内外研究现状进行了分析比较;介绍了硬件木马的常见分类方式,并结合实例加以说明;常用的检测方法分类,并结合案例,说明各种检测方法的优缺点;介绍了硬件木马的安全防范措施,结合案例说明各种防范措施的特点;最后总结全文,指出现有研究存在的问题,并展望了硬件木马的研究方向与重点。

摘要：片上多核处理器(CMP)凭借其低功耗和低成本等优势迅速成为处理器市场的主角,它为多线程的实现提供了硬件支持。列存储技术在分析型应用中具有显著的优势。在列存储系统中,查询优化依然是最重要的问题之一。在列存储系统中,利用多核资源提高查询处理性能具有较大潜力。文中通过对查询执行器生成的物理查询树进行流水多线程设计,结合列存储的特点,建立传递块缓冲区,使主线程和辅助线程分别对传递块缓冲区读写,以提高查询性能。同时还提出使用操作系统中经典的"生产者和消费者"模式来解决线程之间的同步问题。提出的这些方法应用在实验室研发的列存储系统DWMS中,使用数据仓库基准测试集SSB验证了这些方法的有效性。实验结果表明,传递块缓冲区的设计使SQL的查询效率有了近50%的提升。

摘要：光纤通道协议发展迅速,其支持的数据传输速率更新周期较短,每三四年就翻一番,同时,不同应用场景下系统对数据传输速率需求不同,因而市面上光纤通道产品传输速率各异。针对不同传输速率的光纤通道设备之间无法互连通信的问题,论文在对光纤通道速率自适应功能原理分析的基础上,参照FC-FS-4协议,提出一种基于FPGA的速率自适应设计方法,并通过仿真对该设计方法进行了验证。该设计具有一定通用性,可推广到一般光纤通道设备,实现不同速率设备之间的通信。

摘要：内存虚拟化是系统虚拟化中如何有效抽象、利用、隔离计算机物理内存的重要方法,决定着系统虚拟化的整体性能.传统的纯软件内存虚拟化方法会产生较大的资源开销并且兼容性差,而硬件辅助的内存虚拟化方法需要重新设计处理器硬件架构.基于MIPS架构处理器提出一种软硬件协同的内存虚拟化方法,在不增加硬件支持的情况下提高内存虚拟化性能.提出的多层虚拟地址空间模型不仅可以解决MIPS架构处理器存在的虚拟化缺陷,而且可以在已有的内存虚拟化方法上提高性能.在多层虚拟地址空间模型的基础上,提出基于地址空间标识码(address space identity,ASID)、动态划分的旁路转换缓冲(translation lookaside buffer,TLB)共享方法,降低了虚拟机切换的开销.最终,在MIPS架构的龙芯3号处理器上实现了系统虚拟机VIRT-LOONGSON.性能测试表明,提出的方法可以提高大多数测试程序的性能,达到二进制翻译执行性能的3~5倍,并在TLB模拟方法的基础上提高了5%~16%的性能.

摘要：命令处理器是GPU中的可编程染色器,它将接收到的图形命令发送到3D引擎进行处理并绘制出图像。命令处理器是GPU数据处理的来源,其对图形命令的解析方式、处理速率与数据吞吐量直接决定了图形处理器3D引擎性能的发挥。在分析OpenGL图形绘制命令的基础上,提出了一种适用于OpenGL的图形命令处理器架构,并设计相应的运行管理方法及性能监控策略,既保证了命令处理运行的正确性,提高图形命令运行的时效性,又为命令处理器的升级与优化指明了方向。