高級加密標準 （AES） 已經成為很多應用（諸如嵌入式系統中的應用等）中日漸流行的密碼規范。自從 2002 年美國國家標準技術研究所 （NIST） 將此規范選為標準規范以來，處理器、微控制器、FPGA 和 SoC 應用的開發人員就開始利用 AES 來保護輸入、輸出及保存在系統中的數據。我們可在更高抽象層上非常高效地描述算法，就像用于傳統軟件開發中那樣；但由于涉及到的操作，該算法在 FPGA 中實現起來最為高效。開發人員甚至可在布線中“免費”獲得一些操作。

基于這些原因，AES 是個絕佳的例子，即開發人員可利用 C 語言描述算法，然后在硬件中加速實現，從而受益于賽靈思 SDSoC？ 開發環境。本文中我們就是要這樣做，首先熟悉一下 AES 算法，然后在賽靈思 Zynq？-7000 All Programmable SoC 的處理系統 （PS） 上實現 AES256（256 位秘鑰長度）以建立軟件性能基準，然后再在片上可編程邏輯 （PL） 中進行加速。為了完全了解可獲得的優勢，我們將在 SDSoC 環境所支持的全部三個操作系統中執行這幾個步驟，三個操作系統為：Linux、FreeRTOS 和裸機。

算法

AES 屬于對稱塊密碼，可采用 128、192 和 256 位不同的秘鑰長度。秘鑰長度決定加密或解密數據所需的處理步驟數。顧名思義，塊密碼算法采用的是數據塊。AES 算法一次處理 16 字節的固定模塊。因此，如果我們密碼內容少于 16 字節，就必須將未使用的字節進行填充。

由于 AES 是對稱密碼，信息加密和解密都采用相同的做法和秘鑰。相反，非對稱算法（例如 RSA）則使用不同秘鑰進行數據加密和解密。

AES 算法中四個階段中每個階段都代表一個狀態。四個 AES 階段的組合稱為一個循環。所需循環的數量取決于秘鑰長度。

很簡單，AES 狀態起始于我們要加密的 16 個字節。每個新步驟都會對狀態進行更新。處理狀態之前，我們需要將輸入字節串變為初始狀態，即 4 x 4 矩陣（圖 1）。