國密安全芯片 RJMU401 全方位解析

在當(dāng)今數(shù)字化時代，信息安全至關(guān)重要，尤其是在金融支付、通信等領(lǐng)域。RJMU401 作為一款大容量增強型、基于 ARM 安全智能卡內(nèi)核的國密安全芯片，內(nèi)嵌 SM1、SM2、SM3、SM4 國密加密算法，為眾多應(yīng)用場景提供了強大的安全保障。下面我們就來詳細(xì)了解一下這款芯片。

文件下載：RJMU401FHO.pdf

一、芯片概述

RJMU401 是基于 32 位 RISC 處理器的 SOC 芯片，具有高處理能力、高安全性、低功耗、低成本等特點。它采用 ARM SC100 核，使用 AHB + APB 總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)置定時器、終端控制器、系統(tǒng)控制器等完備的安全機制，同時支持多種加密算法，可用于 SIM 卡芯片、金融卡等，支持無線支付應(yīng)用。

二、性能參數(shù)剖析

（一）處理器系統(tǒng)

1. 指令集與架構(gòu)：基于 ARM 結(jié)構(gòu)，采用小端對齊，支持 ARM 和 Thumb 指令集，為 RISC 結(jié)構(gòu)。雙總線架構(gòu)搭配 DMA 加速，三級流水結(jié)構(gòu)使取指、譯碼、執(zhí)行形成流水操作，提高處理效率。
2. 安全特性：具備 CP15 系統(tǒng)控制協(xié)處理器、單指令乘法器和硬件除法。支持存儲器保護(hù)單元（MPU），實現(xiàn)安全訪問控制管理。采用軟內(nèi)核技術(shù)防止外部掃描探測，支持七種操作模式，包含兩種安全模式。
3. 喚醒模式：支持 Sleep 模式和多種喚醒模式，如擴展 IO 電平變化、UART、SPI、ISO7816、SWP 喚醒。

（二）存儲單元

1. 存儲類型與容量：片上集成 8KB ROM、128 - 550KB 嵌入式 eFLASH（含 2KB OTP）和最大 18KB RAM。
2. FLASH 特性：支持頁擦除、頁寫，擦除和編程按頁進(jìn)行，編程前需先擦除，擦除后比特值為 0，編程后為 1，頁面大小 256Byte/頁，最小擦寫次數(shù) 10 萬次 @25°C，最短數(shù)據(jù)保持時間 100 年 @室溫，可靈活用作代碼區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。
3. 安全訪問：支持存儲保護(hù)單元（MPU），保護(hù) RAM 和 BOOT 數(shù)據(jù)不被非法訪問，實現(xiàn)不同用戶權(quán)限安全訪問控制。

（三）中斷控制器

支持向量中斷、中斷查詢和可配置優(yōu)先級，32 路中斷請求輸入分為 8 個不同優(yōu)先級，各功能模塊能產(chǎn)生獨立中斷，支持 32 個外設(shè)中斷源。

（四）時鐘與定時器

1. 時鐘源：CPU 時鐘源可由軟件配置為內(nèi)部時鐘，主頻 32MHz，可 3、4 分頻，系統(tǒng)默認(rèn)工作頻率 8M。
2. 定時器類型：內(nèi)嵌 32 位看門狗計數(shù)器 WDT，支持 Wake_up 定時器，以 OSC32k 時鐘 12 分頻或系統(tǒng)時鐘 12 分頻為時鐘源。時鐘單元內(nèi)置 32 MHz 高速 RC 振蕩器、多功能時鐘發(fā)生電路和 32 KHz 低功耗 RC 振蕩器，以及 3 個通用定時器、ETU 定時器和看門狗定時器。

（五）安全性及物理防護(hù)

1. ESD 防護(hù)：提供芯片級 ESD 防護(hù)，所有接口 4KV，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在不同電壓下有相應(yīng)防護(hù)表現(xiàn)。
2. 安全算法
   • 真隨機數(shù)發(fā)生器：符合國家密碼安全管理局相關(guān)要求，通過國際標(biāo)準(zhǔn)測試。
   • 對稱算法：支持 DES、3DES、AES、SM1、SM4 算法。
   • 非對稱算法：支持 RSA、SM2 算法。
   • 摘要算法：支持 SM3、SHA - 256 算法。
   • CRC 校驗：內(nèi)置 16 位和 32 位 CRC 循環(huán)冗余校驗碼計算電路，支持多種配置。
3. 防護(hù)策略：具備存儲總線檢測功能、抗 EMA/DEMA 攻擊、主動和被動防護(hù)層攻擊、存儲單元數(shù)據(jù)高強度加密及串?dāng)_防護(hù)，硬件提供頻率檢測模塊對抗頻率攻擊。

（六）對外接口

1. SPI 接口：一路硬件 SPI 接口，支持一般和 DMA 方式通信，符合 SPI 接口協(xié)議規(guī)范，支持四種模式，可配置傳輸速率，主機模式支持 DMA，內(nèi)部自帶發(fā)送和接收 fifo。
2. UART 接口：一路獨立 UART 接口，以字節(jié)為單位收發(fā)數(shù)據(jù)，符合 UART 串口通信協(xié)議規(guī)范，異步串行、全雙工通信，最高波特率支持 115200bps。
3. ISO7816 接口：一路獨立 ISO7816 接口，符合 ISO/IEC7816 - 3 標(biāo)準(zhǔn)，支持 PBOC3.0 卡規(guī)范，支持 T = 0 / T = 1 協(xié)議，數(shù)據(jù)寬度 8bits，支持多種配置和錯誤檢測。
4. SWP 接口：芯片含有硬件 SWP 接口，可作為 SWP Slave 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，支持一般和 DMA 方式，內(nèi)部自帶發(fā)送和接收 fifo，支持半雙工通信，具備多種檢測和校驗功能，傳輸速率最大為 2Mb/s。
5. GPIO 接口：共有 15 個 GPIO，12 個可配置為第二或第三功能，支持多種中斷方式，在系統(tǒng)休眠模式下可作為喚醒源。

（七）算法性能

不同算法在系統(tǒng) 8MHz、算法 8MHz 條件下有不同的性能表現(xiàn)，如 1024 位 RSA 加密 3.81 ms/次，1024 位 RSA 解密 132.6 ms/次等。

（八）模塊功耗性能

各模塊有不同的功耗表現(xiàn)，如 7816 接口 4mA，SPI 接口 3mA 等，Sleep 模式功耗 <55uA，Reset 模式功耗 1.4mA。

（九）其他模塊

MPU 采用四種保護(hù)機制，RNG 真隨機數(shù)發(fā)生器內(nèi)嵌兩組 32 位隨機數(shù)發(fā)生器。

（十）模擬模塊

集成 32MHz 和 32KHz OSC，精度范圍 ±5% @ - 25~85°C，輸出電壓精度 ±10%，支持軟件控制開關(guān)輸出或斷開輸出電源功能。

三、引腳定義

芯片有 SSOP_20L 和 VSOP_8L 兩種封裝形式，不同封裝的引腳有不同的信號名稱和說明。例如 SSOP_20L 封裝中，1 腳為 NC，2 腳為 VSS 等；VSOP_8L 封裝中，1 腳為 VSS，2 腳為 RESET 等。

四、接口電氣特性

（一）測試條件

除非特別說明，電壓以 VSS 為基準(zhǔn)，最小和最大數(shù)值在特定環(huán)境條件下得到保證，典型數(shù)值基于特定溫度和電壓范圍，僅用于設(shè)計指導(dǎo)。

（二）7816 接口電氣特性

給出了電源電壓、電流、I/O、RST、CLK 等參數(shù)的最小值、典型值和最大值。

（三）SPI 接口電氣參數(shù)

同樣給出了電源電壓、電流、MOSI、RST、SCK、SSN 等參數(shù)的相關(guān)數(shù)值。

（四）絕對最大額定值

包括電源電壓、輸入電壓、工作溫度、存儲溫度、抗瞬變脈沖群電壓、焊接溫度和時間等參數(shù)的限制。

五、電源模塊設(shè)計及工作條件

（一）電源電路模塊設(shè)計

片內(nèi)系統(tǒng)外接電源電壓有 5V、3.3V 和 1.8V 三種規(guī)格，主要應(yīng)用為 1.8V 和 3.3V，5V 用于測試。系統(tǒng)包括 5V/3.3V/1.8V 檢測電路、帯隙基準(zhǔn)電壓電路、第一級 LDO 調(diào)制電路與第二級 LDO 調(diào)制電路，以實現(xiàn)對片內(nèi)數(shù)字電路和模擬電路的供電。

（二）推薦工作參數(shù)

工作電壓范圍為 1.6 - 5.5V，工作溫度范圍為 - 40 - 85°C。

六、SPI 功能描述

（一）概述

SPI 通過 4 個引腳與外部器件相連，RJMU401 只有 SSOP20L 封裝具有 SPI 通信接口，為從接口。

（二）時鐘信號的相位和極性

SPI_CR 寄存器的 CPOL 和 CPHA 位組合成四種時序關(guān)系，CPOL 控制時鐘空閑狀態(tài)電平，CPHA 控制數(shù)據(jù)采樣邊沿。主從設(shè)備需配置相同的時序模式，改變 CPOL/CPHA 位前需禁止 SPI，SCK 空閑狀態(tài)要與寄存器指定極性一致，數(shù)據(jù)幀格式由 SPI_CR1 寄存器的 DFF 位選擇。

七、應(yīng)用電路圖

提供了 RJMU401FHO 與 STM32F103 的 7816 參考電路、RJMU401FHO 的 SPI 參考電路以及 RJMU401EHV 與 STM32F103 的 7816 參考電路。

八、電氣特性

Sleep 模式功耗 <55uA，Idle 模式功耗 <2mA @CPU 8MHz，最高頻典型工作電流 <15mA @CPU32MHz，工作溫度 - 40°C - 85°C，最大工作電流 <15mA @CPU32MHz，支持工作電源輸入范圍 1.62V - 5.5V。

九、芯片封裝信息

有 SSOP20L 和 VSOP_8L 兩種封裝形式，分別給出了各封裝的尺寸參數(shù)。

十、訂貨信息

介紹了器件型號、封裝形式、默認(rèn)絲印和耐溫等信息，以及型號各部分的含義。

RJMU401 芯片憑借其豐富的功能、強大的安全性能和多樣的接口，為電子工程師在設(shè)計安全相關(guān)產(chǎn)品時提供了一個可靠的選擇。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇芯片的封裝、配置參數(shù)等，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中有沒有遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。