# LA500GM

**Repository Path**: beamworld/la500-gm

## Basic Information

- **Project Name**: LA500GM
- **Description**: 本作品是于《全国大学生集成电路创新创业大赛》龙芯中科杯赛道，设计的一款基于LA500 CPU的国产化安全SoC芯片，内部集成SM2（ECC）公钥密码算法、SM3哈希密码算法、SM4对称密码算法、内部密钥表4个硬件加速IP，构建了密码算法硬件可信执行区域（Trust Zone），实现了高性能、低功耗的密码运算能力。
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-08-19
- **Last Updated**: 2025-12-08

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 基于LA500的国产化安全SoC设计与应用

《第九届全国大学生集成电路创新创业大赛》——龙芯中科杯 —— **CICC-0900394** 队伍作品

![contributor](https://img.shields.io/badge/contributor-XiaochenWang-blue)
![contributor](https://img.shields.io/badge/contributor-KaiZhao-1ff)
![contributor](https://img.shields.io/badge/contributor-BingnanYu-1ff)
![license](https://img.shields.io/badge/license-Apache-blueviolet) 
![](https://img.shields.io/badge/%E8%8E%B7%E5%A5%96-%E4%B8%9C%E5%8C%97%E8%B5%9B%E5%8C%BA%E4%B8%80%E7%AD%89%E5%A5%96-449f71)
![](https://img.shields.io/badge/%E8%8E%B7%E5%A5%96-%E5%85%A8%E5%9B%BD%E6%80%BB%E5%86%B3%E8%B5%9B%E4%BA%8C%E7%AD%89%E5%A5%96-ff0071)
![Version](https://img.shields.io/badge/version-Ver3.1.2-002270)

--------

- 支持SM2(ECC)签名（260次/秒）、验签（130次/秒）硬件加速；
-  支持SM3（21Mbps）哈希硬件加速；
- 支持SM4（43Mbps）加解密硬件加速；
-  高性能和低功耗（0.495 W）；
- API支持同步和异步中断模式；
- 支持密码算法内部可信执行；
-  内部支持5对非对称密码、5个对称密钥存储；
- 符合《GM/T 0028-2014密码模块安全技术要求》安全二级要求；

![](./image/架构框图.png)

- FPGA平台：
  - 龙芯云：`Xilinx`  `Artix-7`  `xc7a200tfbg676-1`


- 环境：

  - Vivado v2019.2

  - ModelSim SE-64 10.5 2016.02

  - WSL Ubuntu 22.04.5 LTS

  - Design Complier 2021.06-SP3

  - Formality 2021.06-SP3

  - Innovus V21.10-p004_1


- 工艺库：
  - TSMC 180nm



## 文件夹介绍

| 文件夹 | 用途                                     |
| ------ | ---------------------------------------- |
| fpga   | FPGA工程、FPGA创建脚本、约束文件、CI脚本 |
| image  | 工程截图                                 |
| rtl    | 工程源码                                 |
| script | 数值计算脚本                             |
| sdk    | 软件开发工具链和程序源码                 |
| sim    | testbench                                |

> 子文件夹下的内容用途见各子文件夹中`Readme.md`文件。

## 使用方法

### Vivado

在vivado控制台中输入如下代码：

```bash
# 创建SOC工程
cd d:/la32r_soc_ciciec/fpga
source create_soc.tcl
# 创建SM2工程
cd d:/la32r_soc_ciciec/fpga
source create_sm2.tcl
# 创建SM3工程
cd d:/la32r_soc_ciciec/fpga
source create_sm3.tcl
# 创建SM4工程
cd d:/la32r_soc_ciciec/fpga
source create_sm4.tcl
# 创建密钥表工程
cd d:/la32r_soc_ciciec/fpga
source create_key.tcl
```

### SDK

1. 安装WSL；
2. 执行如下指令;

```bash
cd la32r_soc_ciciec/sdk/toolchains
./init.sh
loongarch32r-linux-gnusf-gcc --version
```

3. 安装`gcc`和`make`;
4. 编译对应程序；



## 编译指令

- `./rtl/config.h`

```verilog
`define USE_FPGA	//做ASIC时关闭此定义
`define USE_CRYPTO	//关闭此定义不连接加密模块，为比赛标准赛题SOC，但有轻微改动
```

- `./rtl/crypto/axi_crypto.v`

```verilog
`define ENABLE_SOFTWARE_KEY_OUT	//使能软件读取内部密钥
```



## 时钟树

![](./image/时钟树.png)



## 地址分配

### AXI Crossbar

| 编号 | 从设备  |   基地址   | 宽度  | 大小 |   虚地址   |   协议    |
| :--: | :-----: | :--------: | :---: | :--: | :--------: | :-------: |
|  0   |  SRAM   | 0x1c000000 | 23bit | 8Mb  | 0xbc000000 |   AXI4    |
|  1   |  UART   | 0x1f000000 | 20bit | 1Mb  | 0xbf000000 | AXI4/AXI3 |
|  2   | Crypto  | 0x1f100000 | 20bit | 1Mb  | 0xbf100000 | AXI4/AXI3 |
|  3   | confreg | 0x1f200000 | 20bit | 1Mb  | 0xbf200000 | AXI4/AXI3 |

### Crypto

| 编号 |  从设备   |   基地址   | 宽度 | 大小 |   虚地址   |
| :--: | :-------: | :--------: | :--: | :--: | :--------: |
|  0   |    SM4    | 0x1f100000 | 8bit | 2Kb  | 0xbf100000 |
|  1   |    SM3    | 0x1f100100 | 8bit | 2Kb  | 0xbf100100 |
|  2   |    SM2    | 0x1f100200 | 9bit | 4Kb  | 0xbf100200 |
|  3   | key_table | 0x1f100400 | 8bit | 1Kb  | 0xbf100400 |



## 资源耗费

### FPGA

| 包含IP    | LUT   | LUTRAM | FF    | BRAM | DSP  | BUFG | PLL  |
| --------- | ----- | ------ | ----- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 基础CPU   | 10171 | 468    | 6709  | 10   | 0    | 1    | 1    |
| SM4       | 6489  | 0      | 5445  | 0    | 0    | 1    | 0    |
| SM3       | 1104  | 32     | 1302  | 0    | 0    | 1    | 0    |
| SM2       | 26755 | 0      | 4429  | 0    | 15   | 1    | 0    |
| key_table | 2479  | 0      | 5901  | 0    | 0    | 1    | 0    |
| 安全SoC   | 47598 | 476    | 25818 | 10   | 15   | 6    | 1    |

> 基础CPU表示LA500，安全SoC=基础CPU+SM4+SM3+SM2+key_table。



## 性能

|   功能    | 时钟频率 | 所需时钟 | 每秒次数 | 每次位数 | 吞吐率 |
| :-------: | :------: | :------: | :------: | :------: | :----: |
|  SM2签名  |  20Mhz   |  74634   |   260    |    -     |   -    |
|  SM2验签  |  20Mhz   |  149785  |   130    |    -     |   -    |
|  SM3哈希  |  50Mhz   |    71    |  704000  |    32    | 21Mbps |
| SM4加解密 |  50Mhz   |   140    |  357000  |   128    | 43Mbps |



## 功耗

![](./image/Power.png)