具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

CPU：中央处理器；

SPI：Serial Peripheral Interface，串行外设接口；

NOR：一种非易失性闪存技术，可支持随机读取；

NAND：一种非易失性闪存技术。

参照图3，本发明实施例的嵌入式处理器芯片，包括：CPU，用于发起SPI存储设备读写操作；加解密处理单元，与CPU相连，用于根据CPU的配置通过对称密钥算法计算分组密钥；SPI控制器，与CPU和加解密单元相连，用于根据加解密单元的分组密钥对SPI存储设备的读写数据进行加解密操作。

在一些实施例中，SPI控制器包括空块检测单元，用于对接收的数据进行行检测。

参照图4，本发明实施例的SPI存储设备的加密数据读取方法包括以下步骤：当CPU 需要访问数据加密区域时，首先将需要访问的数据地址设置给加解密处理单元，加解密处理单元立即开始计算对应位置的分组密钥；同时 SPI 控制器按照正常的访问流程，对SPI 存储设备发起数据访问和传输操作；等到数据传输至 SPI 控制器时，从加解密处理单元中读取对应的分组密钥，对接收到的数据进行异或运算，得到解密数据。

在一些实施例中，CPU发起SPI存储器的访问时，向加解密单元配置当前传输的密文开始位置和长度；加解密单元根据密文开始位置和长度，在SPI控制器输出有效分组密钥或无效分组密钥。

在一些实施例中，SPI控制器在接收SPI存储设备传输的数据进行行检测，若访问的物理块为空块，则通过寄存器输出空块信息。SPI NOR 和 SPI NAND 都支持按物理块大小进行擦除操作。擦除后的物理块为空块，每个字节位置的数值默认都为 0xFF。在实际应用中，软件可能需要对物理块进行空块检测。然而使能了 SPI 在线加密功能之后，CPU 读取到的数据是被加解密处理单元处理后的数据，即使所读的物理块为空块，得到的数据却不是 0xFF。这让一些依赖 SPI NOR 和 SPI NAND 的特性进行空块检测的软件模块无法正常检测和判断空块，相关功能无法正常工作，因此空块检测功能十分重要。本实施例的解决方案是在对应的 SPI 控制器内添加空数据检测功能。当SPI 控制器访问的物理块为空块时，所读取的数据全部为 0xFF；SPI 控制器在接收数据过程中可以对其进行检测，并且在数据块接收完时，通过寄存器给出相应的信息，告知 CPU 当前数据块是否为空块。

参照图5，本发明实施例的SPI存储设备的加密数据写入方法包括以下步骤： CPU将待写入数据地址设置给加解密处理单元，加解密处理单元根据待写入数据地址计算分组密钥；SPI控制器接收待写入数据，并从加解密单元读取对应的分组密钥，将待写入数据与所述分组密钥进行异或运算，得到加密数据；SPI控制器根据待写入数据地址将加密数据写入SPI存储设备。

在一些实施例中，CPU发起SPI存储器的写操作时，向加解密单元配置当前传输的密文开始位置和长度；加解密单元根据密文开始位置和长度，在所述SPI控制器输出有效分组密钥或无效分组密钥。本实施例中，采用明文和密文混合传输。参照图6，一次典型的写入传输包括命令、地址及数据。SPI 存储的访问是通过 SPI 总线上发送命令来实现的，因此不能对总线上传输的所有数据进行加密处理。因为诸如命令、地址等信息被加密处理，SPI存储设备无法正常工作。一种可行的方式是将不加密的数据和加密的数据分开传输，比如先以不加密的方式传输上图中的命令和地址，再以加密的方式传输数据部分。为了有更好的传输效率，本实施例所提供的方案可以通过配置加解密处理单元，实现明文数据和密文数据的混合传输，具体方法如下：对于每次传输，可以向加解密处理单元配置当前传输的密文开始位置和长度；加解密处理单元在输出分组密钥时，明文区域输出无效的分组密钥，密文区域输出有效的分组密钥。

参照图7，在一些实施例中，加解密单元采用对称密钥算法，通过与数据位置相关的计数值，计算数据的分组密钥；其中，对称密钥算法包括AES、DES、TEA 和 SM4等。算法和模式的选择会对加解密处理单元的实现有较大的影响，有些算法和模式的数据处理，需要等到与足够的数据才可以启动，有些算法和模式则不需要等待数据。相比非对称密钥算法，对称密钥算法更适合处理数据量较大的应用场景，因此本发明的方案中，对数据的加密和解密处理，使用对称密钥算法。常见的对称密钥算法包括 AES、DES、TEA 和 SM4 等。计数器模式（Counter Mode）是对称密钥算法的应用模式，该模式的特点是使用与数据位置相关的计数值（Counter）计算数据的分组密钥，然后再使用该分组密钥与数据进行异或运算，从而对数据进行加密和解密。该模式的优点是只需要知道数据的位置，不需要等待数据传输完毕，即可以计算其对应的分组密钥。使用分组密钥对数据进行加密、解密的处理过程是异或运算，是一个极为简单的硬件处理过程，不会引起传输延时。计数器模式还是一个流式的数据加解密模式，不要求处理的数据按一定的字节长度对齐，可以处理任意字节长度的数据。同时计数器模式中，加密和解密的处理流程完全一致，硬件实现简单。

本实施例中，通过使用对称密钥算法和计数器模式，可以实现下面的功能：CPU 只要给定需要访问（读、写）的数据位置，加解密处理单元即可开始计算分组密钥；加解密处理单元计算分组密钥的过程，与数据在 SPI 总线上的传输过程可以并行处理；可以对任意长度的数据进行加密、解密。

相对现有的技术，本发明所提出的 SPI 存储实时加解密技术最大的特点是数据的加密和解密处理并不会导致传输效率的下降，其分组密钥计算和数据的传输过程是同时进行的；另外一个显著特点是可以支持 SPI NOR、SPI NAND 等各种存储设备的在线读写加解密；并且在使能了在线加解密功能之后，仍然能够体现闪存的特性，比如能够检测空块，从而使得软件应用感觉不到与访问普通 SPI 存储的区别。

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。