读取Xilinx FPGA芯片的唯一ID号DNA

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应用场景
方法1：通过JTAG读取
方法2：调用原语读取
DNA_PORT原语的使用
注意

用过单片机的朋友都知道，单片机芯片内部都有一串序列号，比如STM32，称之为Unique device ID，是一个96Bit的只读数据。和单片机一样，FPGA芯片内部同样也有ID，以常用的Xilinx和Altera为例，Altera称之为Chip ID，Xilinx FPGA称之为Device DNA，

应用场景

上位机通过编程器先读取出芯片的ID，经过加密算法后生成密钥，下载程序的同时，向Flash中某个地址写入密钥。

芯片上电之后，先读取芯片的ID，经过加密算法后，生成本地密钥，和Flash中的密钥相对比，若相同执行用户程序，若不同，则跳入死循环或执行开发者指定的功能。

Xilinx的FPGA芯片，在7系列和7系列之前的产品，DNA是一个57Bit的数据，而在7系列之后，如Ultraslace等新型号，DNA是96Bit。

方法1：通过JTAG读取

ISE环境，以14.7版本为例，将下载器连接到FPGA芯片之后，使用iMPACT软件，在已经连接的芯片上右键选择Read Device DNA，可以读出芯片的DNA。

vivado环境下，使用自带的Hardware Manager，连接到芯片之后，在REGISTER->EFUSE->DNA_PORT，可以看到读取的DNA寄存器的值。

方法2：调用原语读取

通过我们需要在程序读取出芯片的DNA，可以通过调用DNA_PORT原语的方式来读取芯片的DNA。

原语的例化模板，可以在ISE或Vivado自带的代码模板中找到：

ISE中的代码模板

Vivado中的代码模板

Vivado下UltraScale系列的DNA_PORT2原语模板

DNA_PORT原语的使用

关于DNA_PORT原语的介绍和使用，可以查看Xilinx官方文档，

UG470_7Series_Config

https://www.xilinx.com/content/dam/xilinx/support/documents/user_guides/ug470_7Series_Config.pdf

7系列及其之前的FPGA芯片，DNA_PORT原语：

DNA_PORT #(.SIM_DNA_VALUE(57'h000000000000000)  // Specifies the Pre-programmed factory ID value
)DNA_PORT_inst (.DOUT(DOUT),   // 1-bit output: DNA output data.CLK(CLK),     // 1-bit input: Clock input.DIN(DIN),     // 1-bit input: User data input pin.READ(READ),   // 1-bit input: Active high load DNA, active low read input.SHIFT(SHIFT)  // 1-bit input: Active high shift enable input
);

7系列之后Ultraslace系列的FPGA，使用DNA_PORT2原语：

DNA_PORTE2 #(.SIM_DNA_VALUE(96'h000000000000000000000000)  // Specifies a sample 96-bit DNA value for simulation
)DNA_PORTE2_inst (.DOUT(DOUT),   // 1-bit output: DNA output data.CLK(CLK),     // 1-bit input: Clock input.DIN(DIN),     // 1-bit input: User data input pin.READ(READ),   // 1-bit input: Active-High load DNA, active-Low read input
.SHIFT(SHIFT)  // 1-bit input: Active-High shift enable input
);

操作说明

先拉高READ信号，加载DNA寄存器，然后给出SHIFT拉高使能信号，DOUT串口输出DNA值，57个clk之后，DNA输出完毕，SHIFT拉低取消使能。

驱动代码：

/**************************************************************** Copyright(C), 2010-2022, YOUR CORP/INC/COMPANY/LTD/LIMITED.* ModuleName : get_dna.v * Date       : 2022年5月22日* Time       : 11:06:00* Author     : wcc149* Function   : XC7A75T获取DNA芯片ID* Version    : v1.0*      Version | Modify*      ----------------------------------*       v1.0    .....***************************************************************/module get_dna(//inputsinput clk,input rst_n,//Outputs output reg [56:0] dna,output reg dna_vld
);localparam S0_IDLE   = 4'd0;
localparam S1_LOAD   = 4'd1;
localparam S2_SHIFT  = 4'd2;
localparam S3_FINSIH = 4'd3;reg [7:0] cnt_bit;
reg [56:0] dna_buf;
reg [3:0] fsm;
reg load;
reg shift;always @ (posedge clk) beginif(!rst_n) begincnt_bit <= 0;fsm <= S0_IDLE;load <= 0;shift <= 0;dna <= 0;dna_vld <= 0;endelse begincase (fsm)S0_IDLE: beginif(cnt_bit != 10)//上电等待10个clkcnt_bit <= cnt_bit + 1;else begincnt_bit <= 0;fsm <= S1_LOAD;load <= 0;shift <= 0;dna <= 0;dna_vld <= 0;endendS1_LOAD:beginif(cnt_bit != 5) begin//load信号维持5个clkcnt_bit <= cnt_bit + 1;load <= 1;endelse begincnt_bit <= 0;load <= 0;fsm <= S2_SHIFT;endendS2_SHIFT: begin
//              if(cnt_bit != 56) begin    //Spartan-6if(cnt_bit != 57) begin //Artix-7cnt_bit <= cnt_bit + 1;shift <= 1;endelse beginshift <= 0;fsm <= S3_FINSIH;cnt_bit <= 0;dna <= dna_buf;endendS3_FINSIH: begincnt_bit <= 0;dna <= dna;dna_vld <= 1;fsm <= S3_FINSIH;endendcaseend
end//dout在上升沿变化，在下降沿采样
always @ (negedge clk) beginif(!rst_n) dna_buf <= 'h0;else if(fsm == S2_SHIFT) dna_buf <= dna_buf << 1 | dout;else dna_buf <= 'h0;
endDNA_PORT #(.SIM_DNA_VALUE(57'h123456789ABCDEF)  // Specifies the Pre-programmed factory ID value
)get_xc6slx9_dna(//Inputs.CLK(clk),     // 1-bit input: Clock input.DIN(1'b0),    // 1-bit input: User data input pin.READ(load),   // 1-bit input: Active high load DNA, active low read input.SHIFT(shift), // 1-bit input: Active high shift enable input//Outputs.DOUT(dout)   // 1-bit output: DNA output data
);endmodule

仿真波形：

实际运行时，逻辑分析仪抓的波形：

和JTAG读取出的一致：

注意

ISE 14.7环境下，使用下载器JTAG方式读取出的Spartan-6芯片的DNA，可能并不准确，我的两块Spartan-6开发板，一块XC6SLX9的开发板，使用下载器读出的是DNA全为1，但是使用原语方式读取出是正确的。

XC6SLX9使用JTAG读取的DNA

XC6SLX9使用原语方式读取的

而另一块XC6SLX16开发板，使用下载器和原语方式读取出的DNA是一致的。