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研究生:麥舜期
論文名稱:MCU加密系統設計與建置
論文名稱(外文):Design and Setup of MCU Encryption
指導教授:黃德坤黃德坤引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:明新科技大學
系所名稱:精密機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:微控制器通訊協定自動更新
外文關鍵詞:Microcontrollercommunication protocolautomatic update
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微控制器是一種隨處可見的內嵌型控制晶片,其系統架構相對於個人電腦要來得簡單,在小小一顆封裝內就完整具備處理器、記憶體、週邊I/O、各種擴充電路等功能,舉凡汽車、家電、娛樂設備、健康器材、通訊產品等個人用品,到各個行業的生產管理、製程監控設備…等等都有其存在,負責各種感測、監控工作,替代了傳統的機械控制,不僅降低成本減少人力,更提升了其附加價值。
本研究以Hitachi公司的H8單晶片為基礎,使用Visual C程式語言加強微控制器自動更新功能。針對更新時檔案防護不便、容易遭到破解,使得盜拷容易的問題,利用微控制器的系統特性來達成軟體及更新過程的防護,並增加加/解密的動作讓其多一層保護。整體動作須準備主機與晶片兩端程式,並輪流進行操作:主機端首先準備好寫入控制程式,與經由特定演算法加密之新應用程式,傳輸方面使用RS232連接,利用X-MODEM來傳輸資料;晶片端必須撰寫擁有接受傳輸功能、模擬快閃記憶體功能、解密新應用程式功能與清除/寫入功能的韌體程式。
更新時透過通訊協定,將新應用程式傳輸至指定區塊,而後啟動模擬快閃記憶體功能,在此執行解密功能並選擇解密方式,接著進行清除/寫入功能,將舊應用程式清除及新應用程式寫入,動作完畢後重新啟動晶片,將會執行新應用程式,以達到晶片自動更新與程式防護的效果。

Microcontroller is a common embedded chip with simpler system architecture than personal computer. A small chip encapsulation is complete with the functions of processor, memory, peripheral I/O and various extension circuits. It is universally used in automobiles, household appliances, amusement apparatuses, fitness apparatuses, communication products and other personal products, as well as the production management and monitoring equipment in nearly every industry. It replaces traditional mechanical control to be responsible for sensing and monitoring, with the advantages that it not only can reduce the cost and manpower, but also increase the added value.
This study, based on H8 microcontroller produced by Hitachi, uses Visual C language to enhance the automatic update function of microcontroller. Aiming to the problems that it is inconvenient for archive protection during update and it is easily cracked and thus making piracy easy, the characteristics of MCU system are utilized to protect the software and the updating process and encipherment/ decipherment is added to provide more protection. The overall operation must prepare programs for mainframe and chip and operate by turns: the mainframe must prepare for writing the control program and the new application program that enciphered by specific algorithm, and the transmission takes RS232 connection and data is transmitted by X-MODEM; the chip must write the firmware program with the functions of transmission receiving, flash memory simulation, enciphering new application program and clear/write.
When updating, new application programs is transmitted to the designated zone through communication protocol in order to start the flash memory simulation, decipher by selecting a deciphering mode, conduct the clear/write function, clear the old applications and write new ones, and restart the chip after these moves. Then the new applications can be executed and the effects of automatic update of chip and program protection are achieved.

中文摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 2
1.4 研究方法 3
1.5 論文架構 4
第二章 微控制器基本概念 5
2.1 MCU簡介 5
2.2 位元區分 6
2.2.1 4位元 6
2.2.2 8位元 6
2.2.3 16位元 7
2.2.4 32位元 7
2.2.5 64位元 7
2.3 MCU的架構 7
2.3.1 RISC 7
2.3.2 CISC 8
2.4 常見的MCU 9
2.4.1 MCS-51系列 9
2.4.2 PIC系列 10
2.4.3 AVR系列 11
2.4.4 ET系列 12
第三章 開發軟體及硬體設備簡介 14
3.1 Visual Studio 2005簡介 14
3.2 H8單晶片架構 15
3.2.1 H8系列簡介 15
3.2.2 主要用途 15
3.3 硬體設備架構 17
3.4 傳統防拷方法 18
3.4.1 磁片防拷 18
3.4.2 光碟防拷 18
3.4.3 硬體鎖 19
3.4.4 電子註冊 20
4.1 軟體架構 21
4.2 主機端程式設計 25
4.3 晶片端韌體程式設計 25
4.3.1 操作模式與腳位、暫存器的配置 26
4.3.2 操作概要 27
4.3.3 使用者編寫模式 29
4.3.4 快閃記憶體的寫入與清除 30
4.3.5 寫入 32
4.3.6 寫入確認 34
4.3.7 清除 36
4.3.8 清除確認 38
4.3.9 隨機存取記憶體上模擬快閃記憶體 41
4.3.10 快閃記憶體的保護 44
4.3.11 驗證 44
第五章 結論與未來展望 47
5.1 結論 47
5.2 未來展望 48
參考文獻 49
研究著作與專題研究計畫 50
附錄[A] 清除程式 51
附錄[B] 寫入程式 57

1.賈證主,薛文彬,吳志淦,VHDL/FPGA 微處理機原理與軟核發展實務,全華科技圖書股份有限公司,民95年。
2.謝欣岑,電腦軟體保護之研究與應用,國立中山大學,碩士,民91年。
3.吳俊霆,以嵌入式系統實作軟體元件/服務載具之研究,逢甲大學,碩士。
4.王允上,機器人單晶片微電腦控制,全華圖書,民96年
5.林進益,林獻堂,楊棧雲,微處理機-原理與應用,高立圖書,民95年。
6.曾百由,微處理機原理與應用,五南圖書出版股份有限公司,民95年。
7.許俊達,陸瑞強,詹得勝,吳錫聰,AVR單晶片微處理器,台科大圖書股份有限公司,民94年。
8.徐瑞文,彭立忠,陳姿伶,ET44系列微控制器理論與實務入門,全華科技圖書股份有限公司,民94年。
9.羅慧真,Visual Basic 2005完全探索,學貫行銷股份有限公司,民95年。

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