Làm Chủ Công Nghệ Thiết Kế Vi Mạch SoC FPGA Cho ứng Dụng IoT ...

Có thể bạn quan tâm

Home
Giới thiệu
- Cơ sở pháp lý
- Tổ chức quản lý
- Quy trình thực hiện
Dự án triển khai
- Công nghệ sinh học
- Công nghệ thông tin và truyền thông
- Công nghệ tự động hóa
- Công nghệ vật liệu mới
Chính sách
- Đảng – Quốc hội – Chính phủ
- Ngành Công Thương
- Địa phương
Tin tức
- Trong nước
- Quốc tế
- Công nghiệp 4.0
Ứng dụng
Hoạt động chương trình
Cơ sở dữ liệu
- Văn bản pháp quy
- Tài liệu tham khảo
- Ấn phẩm
- Thống kê
Video

- Cơ sở pháp lý
- Tổ chức quản lý
- Quy trình thực hiện
Dự án triển khai
- Công nghệ sinh học
- Công nghệ thông tin và truyền thông
- Công nghệ tự động hóa
- Công nghệ vật liệu mới
Chính sách
- Đảng – Quốc hội – Chính phủ
- Ngành Công Thương
- Địa phương
Tin tức
- Trong nước
- Quốc tế
- Công nghiệp 4.0
Ứng dụng
Hoạt động chương trình
Cơ sở dữ liệu
- Văn bản pháp quy
- Tài liệu tham khảo
- Ấn phẩm
- Thống kê
Video

Thứ bảy, 23/11/2024 | 04:09 - GMT+7

Dự án triển khai >>
Công nghệ vật liệu mới

Làm chủ công nghệ thiết kế vi mạch SoC FPGA cho ứng dụng IoT cần bảo mật cao

Vi mạch SoC FPGA là nền tảng để phát triển Gateway cho các ứng dụng xử lý tốc độ cao có kết hợp với mã hóa và giải mã với các IP phần cứng.

06/12/2021 - 11:11 Sự phát triển công nghệ nhanh chóng trong lĩnh vực thiết kế vi mạch và nhu cầu đa dạng trong việc phát triển các dạng vi mạch dùng cho IoT (Internet of Things) đã tạo thúc đẩy mạnh mẽ các phương pháp thiết kế vi mạch theo hướng tích hợp MCU (thường là ARM) và FPGA vào trong cùng một chip gọi là SoC FPGA. Bởi lẽ, SoC FPGA sở hữu nhiều ưu điểm như dễ dàng đáp ứng các yêu cầu ứng dụng IoT về thời gian thiết kế ra sản phẩm nhanh, linh hoạt cả phần cứng và phần mềm, đáp ứng nhu cầu phát triển đa dạng các Gateway IoT thông qua việc thực hiện các chức năng chuyển mạch linh hoạt và bảo mật với khả năng cho phép thay đổi cấu hình từ xa. Hơn thế nữa, dựa vào việc tích hợp các bộ mã hóa và giải mã mật mã thực hiện trên FPGA với thế mạnh phần mềm vốn có của các lõi ARM, các hệ thống SoC FPGA có thể thực hiện các chức năng mã hóa dữ liệu ở tốc độ cao bằng phần cứng tích hợp với bộ xử lý ARM.Thực tế, nhu cầu thiết kế một nền tảng IoT (IoT platform) đủ mạnh có thể hỗ trợ cho việc thử nghiệm và phát triển các thành phần trong lĩnh vực thiết kế vi mạch trong IoT là cần thiết. Ở thời điểm hiện tại, việc nghiên cứu và sử dụng SoC FPGA trong các ứng dụng IoT phát triển khá mạnh, điển hình là hai công ty dẫn đầu về lĩnh vực này là Intel và Xilinx đã tạo ra đa dạng các SoC FPGA cho các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực IoT. Tuy nhiên, việc sử dụng SoC FPGA để thiết kế vi mạch có hiệu suất cao dùng cho các ứng dụng IoT có thể hỗ trợ trên diện rộng các chuẩn giao tiếp (có tăng cường tính năng bảo mật thông tin) vẫn chưa được nghiên cứu nhiều do hướng tiếp cận này còn khá mới.Hơn thế, an toàn và bảo mật thông tin trong IoT là một nhu cầu vô cùng cấp thiết, nhất là về các kỹ thuật mã hóa, giải mã mật mã trên phần cứng.Làm chủ công nghệ thiết kế SoC FPGANhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG TP.HCM) do TS. Huỳnh Hữu Thuận làm chủ nhiệm đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Thiết kế vi mạch dùng SoC FPGA cho các ứng dụng IoT có tính bảo mật cao”. Vi mạch đã được hiện thực hóa để kiểm chứng bằng sản phẩm mẫu là IoT platform (dùng cho hệ thống báo cháy) sử dụng SoC FPGA hỗ trợ mã hóa/giải mã mật mã với các chuẩn giao tiếp IoT (gồm Lora, Wi-Fi, BLE) và các giao tiếp ngoại vi (SPI, I2C, UART, GPIO).Cụ thể, nhóm đã xây dựng quy trình thiết kế vi mạch dùng SoC FPGA, biên dịch, thực hiện quá trình truyền dữ liệu giữa SoC ARM và FPGA; nghiên cứu thực hiện các lõi mã hóa/giải mã dữ liệu chạy trên SoC FPGA ở tốc độ 150-300 Mbps. Vi mạch kết hợp lõi ARM bên trong FPGA và kỹ thuật DMA cho phép các khối phần cứng mã hóa/giải mã mật mã và các IP giao tiếp chạy ở tốc độ cao. Tốc độ này cho phép hệ thống được thiết kế có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực an ninh thông tin và hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng xử lý tín hiệu theo thời gian thực.

Hệ thống đầy đủ của SoC FPGAHệ thống đầy đủ của SoC FPGA bao gồm 3 IP: AES-128, SHA-2 256 RSA-1024 bit, và các IP giao tiếp với ngoại vi như SPI, I2C, UART và USB Dongle WiFi.Ứng dụng sản phẩm mẫu IoT platform trong hệ thống báo cháy tự độngHệ thống báo cháy được triển khai dựa trên công nghệ BLE Mesh, nên các thiết bị trong hệ thống cũng hoạt động cơ bản dựa trên kiến trúc mạng của công nghệ này. Tuy nhiên, nhóm đã tối ưu các Node để phục vụ riêng cho việc báo cháy, hỗ trợ giám sát bằng ứng dụng Fire Alarm (báo cháy) trên điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android.Kiến trúc mạng của hệ thống báo cháy được triển khai theo kiến trúc phân tầng thiết bị, bao gồm 2 tầng chính gồm: tầng Gateway – Friend (chịu trách nhiệm chính trong việc xử lý dữ liệu, đưa ra thông báo tới người dùng) và tầng Friend - Low Power (chịu trách nhiệm chính trong việc thu thập dữ liệu cũng như phát hiện các dấu hiệu của sự cố).

Kiến trúc mạng của hệ thống báo cháyVới kiến trúc mạng này, dữ liệu từ LPN (Low Power Node) chỉ được gửi trực tiếp tới Friend Node và chỉ Friend Node mới gửi dữ liệu đến Gateway Node mà thôi, giúp người dùng có thể dễ dàng quản lý hoạt động cũng như sửa chữa hay nâng cấp hệ thống. Có thể hình dung đơn giản, mỗi tầng của một toà nhà sẽ bao gồm một Friend Node và nhiều LPN, các tầng này liên kết với nhau nhờ hoạt động của các Friend Node và Gateway Node. Khi một thiết bị LPN bị hư hỏng, người dùng chỉ việc đơn giản thay thế chúng mà không cần quan tâm việc ảnh hưởng đến hoạt động của các Node còn lại trong mạng. Điều này giúp hệ thống trở nên linh động hơn, mang nhiều ý nghĩa phục vụ cho việc mở rộng cũng như nâng cấp thêm chức năng mới về sau.

Mạch PCB cho radio board kết nối với sensor báo cháyKhi LPN phát hiện dấu hiệu xảy ra đám cháy, sẽ ngay lập tức gửi gói tin đến Friend Node được đặt ở vị trí lân cận. Sau đó, Friend Node sẽ gửi trực tiếp hoặc thông qua cơ chế Relay và chuyển tiếp gói tin này đến Gateway. Gói tin này được gửi đến smartphone, giúp người dùng có thể nhận biết và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời. Thời gian truyền gói tin đến Gateway Node xấp xỉ 2 giây. Khoảng cách truyền tín hiệu tốt nhất giữa 2 thiết bị trong mạng là 50m, có thể mở rộng lên đến 120m, tuy nhiên ở khoảng cách này, tín hiệu truyền đi sẽ không tốt, hay bị chập chờn dẫn đến mất gói tin. Với khoảng cách thực tế như trên, hệ thống báo cháy hoàn toàn phù hợp để triển khai ở các tòa nhà cao tầng (chiều cao mỗi tầng thường không quá 10m).Gói tín được bảo mã hóa 2 lớp với 2 khóa là AppSKey và NwkSKey, trong đó AppSKey dùng để mã hóa phần dữ liệu cần truyền, còn NwkSkey dùng để tính 4-byte MIC của gói tín để nâng cao bảo mật trên đường mạng. Gói tin được kiểm tra phần mã hóa mạng trước bằng cách tính lại giá trị 4-byte MIC và so sánh với 4-byte MIC nhận được, nếu quá trình so sánh đúng thì phần mã hóa dữ liệu sử dụng khóa AppSKey sẽ thực thi. Dữ liệu sau khi được nhận và xử lý bởi Gateway sẽ được cập nhật lên cloud.Việc thiết kế thành công vi mạch SoC FPGA với các thuật toán mã hóa/giải mã mật mã (nhằm đảm bảo sự an toàn trong truyền thông tin) có kết hợp với các thành phần ngoại vi khác để thực hiện thành một platform ứng dụng trong lĩnh vực IoT sẽ có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực dân sự lẫn quân sự. Hiện nay, các vi mạch liên quan đến lĩnh vực này đều được phát triển ở nước ngoài. Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế vi mạch thâm nhập đến các lĩnh vực này là một bước khởi đầu quan trọng trong việc tiếp cận tiến đến làm chủ lĩnh vực công nghệ cao.

Hệ thống thiết bị ngoại vi trên vi mạchTheo TS. Huỳnh Hữu Thuận, vi mạch SoC FPGA sẽ là nền tảng để phát triển Gateway cho các ứng dụng xử lý tốc độ cao có kết hợp với mã hóa và giải mã mật mã với các IP phần cứng của các ứng dụng được phát triển thêm vào, tồn tại song song với các IP hiện có trong SoC FPGA. Các doanh nghiệp tiếp nhận chuyển giao công nghệ cũng có thể thay thế lõi ARM bên trong SoC FPGA bằng lõi RISC V để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh.

Thông tin liên hệ:Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TPHCMĐiện thoại: (028) 38356464E-mail: [email protected]Website: www.fetel.hcmus.edu.vn

Theo Sở KH&CN TPHCM Tag:

vi mạch SoC FPGA

Cùng chuyên mục

Việt Nam sẽ thúc đẩy chuyển giao công nghệ chế biến sâu đất hiếm

19/02/2024 - 08:36

Bộ Khoa học và Công nghệ sẽ xây dựng chính sách thúc đẩy chuyển giao công nghệ với các doanh nghiệp nước ngoài sản xuất chất bán dẫn, khai thác và chế biến sâu đất hiếm tại Việt Nam.

Bộ KH&CN tăng cường hỗ trợ các nghiên cứu công nghệ mới, chip bán dẫn 19/02/2024 - 08:36
Chế tạo màng rây phân tử đa oxide trên đế màng xốp phục vụ cho sản xuất quy mô công nghiệp 11/01/2024 - 08:33
Phát triển vật liệu mới giúp kéo dài tuổi thọ pin 04/12/2023 - 08:06
Máy in 3D sẽ tạo ra cuộc cách mạng hóa ngành thời trang 04/12/2023 - 08:06
Singapore chế tạo loại vật liệu mới độc đáo cho mạch điện tử dạng mềm 10/10/2023 - 08:20
Xu hướng công nghệ ưu tiên trong lĩnh vực vật liệu mới 04/10/2023 - 13:37

Tin đọc nhiều

Tiềm năng ngành công nghiệp bán dẫn tại Việt Nam 15/06/2021 - 10:47
Việt Nam chế tạo thành công vật liệu titan y sinh 28/03/2020 - 09:52
CÔNG NGHỆ MAP: Giải pháp tăng thời gian bảo quản nông sản 15/05/2020 - 10:55
IBM giới thiệu công nghệ chip xử lý nhỏ nhất thế giới 18/05/2021 - 09:07
Hoàn thiện công nghệ sản xuất nhũ tương copolymer styren acrylate và ứng dụng làm chất chống thấm bề mặt cho giấy bao bì công nghiệp 14/04/2020 - 20:16
MAP: Công nghệ giúp nâng cao chất lượng các mặt hàng nông sản, thực phẩm 23/07/2020 - 08:02
Ứng dụng công nghệ cao trong ngành giấy: Cần định hướng đúng 19/07/2020 - 22:17
Chế tạo khuôn dập bằng vật liệu composite ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất ngói 04/12/2021 - 10:21

Xem thêm

Đắk Nông phê duyệt Đề án Chuyển đổi số đến năm 2030

Tỉnh Đắk Nông phấn đấu đến năm 2030 chuyển đổi số đồng bộ, toàn diện trên phạm vi toàn tỉnh, hoàn thành cơ bản các mục tiêu của Chính phủ trong Chương trình Chuyển đổi số quốc gia đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2030.
TP.HCM: Doanh nghiệp công nghệ cao có thể được đầu tư điện mặt trời mái nhà

Doanh nghiệp công nghệ cao TP.HCM phải đáp ứng các tiêu chí, như doanh thu từ sản phẩm công nghệ cao phải đạt ít nhất 70% trong tổng doanh thu thuần hàng năm, thì sẽ được đầu tư phát triển điện mặt trời mái nhà.
Tăng cường đào tạo nhân lực trong các lĩnh vực công nghệ cao

Mới đây, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính đã ký Công điện số 83/CĐ-TTg về việc tăng cường đào tạo nhân lực chất lượng cao trong các lĩnh vực vi mạch bán dẫn, trí tuệ nhân tạo và điện toán đám mây.
Kon Tum: Nâng cao nhận thức của người dân về vai trò, ý nghĩa của chuyển đổi số

Nhằm nâng cao nhận thức của người dân về vai trò, ý nghĩa và lợi ích của chuyển đổi số. Đồng thời, đẩy nhanh tiến độ triển khai các nhiệm vụ về chuyển đổi số quốc gia, UBND tỉnh Kon Tum đã ban hành Kế hoạch tổ chức các hoạt động hưởng ứng Ngày Chuyển đổi số quốc gia năm 2024 trên địa bàn tỉnh.
Hiệu quả từ công tác chuyển đổi số ở huyện Hàm Tân, Bình Thuận

Chuyển đổi số là một trong những nhiệm vụ quan trọng được huyện Hàm Tân, Bình Thuận tập trung triển khai thực hiện, qua đó góp phần phục vụ phát triển kinh tế - xã hội ở địa phương.
Nghệ An: Phát triển các ứng dụng dữ liệu phục vụ chuyển đổi số quốc gia giai đoạn 2022-2025, tầm nhìn đến năm 2030

UBND tỉnh Nghệ An đã ban hành Kế hoạch kiểm tra, hướng dẫn việc triển khai, thực hiện Đề án “Phát triển ứng dụng dữ liệu dân cư, định danh và xác thực điện tử phục vụ chuyển đổi số quốc gia giai đoạn 2022-2025, tầm nhìn đến năm 2030” trên địa bàn tỉnh Nghệ An năm 2024.
Thái Bình: Đa dạng các hoạt động hưởng ứng Ngày chuyển đổi số quốc gia 2024

Hưởng ứng Ngày Chuyển đổi số quốc gia năm 2024, UBND tỉnh Thái Bình đã chỉ đạo các cấp bộ Đoàn - Hội trong toàn tỉnh đồng loạt triển khai tổ chức các hoạt động ý nghĩa, thiết thực.
Quảng Nam: Nâng cao năng lực quản lý nhà nước về chuyển đổi số

UBND tỉnh Quảng Nam đã ký quyết định ban hành Kế hoạch triển khai Thực hiện Đề án “Kiện toàn tổ chức bộ máy, nâng cao năng lực quản lý nhà nước và thực thi pháp luật về chuyển đổi số từ trung ương đến địa phương đến năm 2025, định hướng đến năm 2030” trên địa bàn tỉnh Quảng Nam.
Tiềm năng mạnh mẽ của Việt Nam trên con đường phát triển vi mạch

Với định hướng phát triển của Chính phủ về việc xây dựng đề án phát triển nguồn nhân lực cho ngành công nghiệp bán dẫn giai đoạn 2023-2030 và sự đầu tư của nhiều công ty công nghệ lớn trong lĩnh vực bán dẫn vào Việt Nam... nhu cầu nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực này gia tăng rất mạnh và Việt Nam hoàn toàn có khả năng phát triển lĩnh vực vi mạch, bán dẫn.
Nghiên cứu, phát triển hệ thống giám sát chất lượng môi trường không khí bằng công nghệ Lidar mặt đất và viễn thám

Ô nhiễm không khí là một vấn đề nan giải của toàn thế giới, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người. Do đó, việc giám sát chất lượng môi trường không khí để sớm đưa ra cảnh báo và giải pháp khắc phục khi có ô nhiễm không khí là rất cần thiết.