《电子技术应用》
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基于PSoC的软件程序保护设计
集成电路应用
吴树军
中国航空无线电电子研究所
摘要： 随着可编程化系统芯片在各领域中的广泛应用，与此关联的嵌入式产品软件程序安全已成为当前不可忽视的问题。为解决软件程序被异常篡改导致产品无法启动的问题，该文分析了可编程化系统芯片的上下电软件程序安全性机理及其解决措施，讨论了多种方案实现多电源轨上下电电源排序的优缺点，并提出了一种基于可编程系统芯片的低成本软硬件协同安全程序保护设计。结果显示该方式比应用程序清除FSBL代码段更可靠，并且易于在已有产品上实施，将上下电时QSPI的I/O异常操作的发生频率降到0。实验验证该软件程序保护设计能够较好地解决目前可编程化系统芯片面临的上下电安全风险，同时因其产品开发成本较低，已在实际项目中成功应用。该方法为嵌入式产品可编程化系统设计提供了新思路。
中图分类号：TP271+.5文献标识码：ADOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2026.09.004
中文引用格式：吴树军. 基于PSoC的软件程序保护设计［J］.集成电路应用，2026，43（9）：20-27.
英文引用格式：Wu Shujun. Software program protection design based on PSoC［J］.Application of IC，2026，43（9）：20-27.
Software program protection design based on PSoC
Wu Shujun
China National Aeronautical Radio Electronics Research Institute
Abstract： With the wide application of Programmable System-on-Chips (PSoC) in various fields, the security of software programs related to embedded products has become a problem that cannot be ignored at present. To address the issue of abnormal tampering of software programs during power-on and power-off, which leads to the products’ inability to start, this article first analyzes the security mechanism of power-on and power-off software programs for PSoC and its solutions. Then, it discusses the advantages and disadvantages of various schemes for implementing power sequencing of multiple power rails during power-on and power-off. Finally, a low-cost hardware-software program protection design based on PSoC is put forward. The results showed that this method was more reliable than the application clearance of the FSBL code segment, and it was easy to implement on existing products, reducing the frequency of I/O abnormal operations of QSPI during poweron and power-off to zero.
Key words : PSoC; software tampering; power supply sorting; program protection

引言

可编程化系统芯片(PSoC)是系统级芯片(SoC)的一种特定类型，其核心特点是高度的可编程性［1-3］。PSoC芯片集成了主控芯片的内核，内置存储器及可编程模块阵列等。该芯片通过微控制器整合可配置模拟与数字电路模块。PSoC芯片内处理系统和可编程逻辑的电源是完全独立的、隔离的。处理系统的电源需要一直有效，而可编程逻辑的电源可关闭。不支持可编程逻辑的电源单独上电。与PSoC芯片连接的闪存(FLASH)芯片存储了控制程序。当没有任何保护措施的情况下，紊乱的上下电时序满足FLASH芯片输入接口写操作时会把FLASH芯片的内容擦除或改写，从而导致产品无法启动。因此，需要提供一种安全方式保护FLASH芯片的程序不被非法擦除或篡改。

在可编程化系统芯片被各领域广泛应用的背景下，保障嵌入式产品软件程序的完整性与安全性，防止在上下电异常情况下FLASH芯片程序被误触发篡改是当前不可忽视的问题。韩颖（2020）［1］介绍了PSoC的开发环境、设计流程等；陈坤等人（2020）［2］研究了PSoC平台国产化方案；金国锋等人（2002）［4-13］阐述了不同方式实现的供电顺序控制方法；还有一些学者编写或翻译了PSoC的设计指南。然而国内关于PSoC的软件程序保护的研究相对较少，缺乏详细的工程设计指导。

本文提出一种基于可编程化系统芯片的低成本软硬件结合方式的软件程序保护设计。硬件设计上通过电源芯片的电源正常标志(PGOOD)引脚级联至使能引脚控制上电电源时序，监控电路芯片监控系统的输入电源控制下电状态，电源低于阈值时产生复位信号；软件设计上对FLASH芯片增加写保护机制。通过对比试验验证了方案的可行性。结果显示该方式比应用程序清除引导加载程序的第一阶段(FSBL)代码段更可靠，并且易于在已有产品上实施。该设计能够较好地解决目前可编程化系统芯片面临的上下电安全风险，可靠性高，且产品开发成本要求低。


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作者信息：

吴树军

(中国航空无线电电子研究所，上海200241)

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