Salnikov, DmytroKaraman, DmytroKrylova, Viktoriia2023-06-302023-06-302023Salnikov D. Highly reconfigurable soft-CPU based peripheral modules design / D. Salnikov, D. Karaman, V. Krylova // Сучасні інформаційні системи = Advanced Information Systems. – 2023. – Т. 7, № 2. – С. 93-97.https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/66729When developing microcontrollers, manufacturers try to include as many different types of peripherals as possible in order to increase the marketing attractiveness of their products. On the one hand, with a large assortment of various peripheral modules, it is very difficult to implement several devices of the same type in the microcontroller: manufacturers are mainly limited to 1-2 instances, in rare cases 4 modules of the same type are included. On the other hand, most software projects do not use all the peripherals of modern microcontrollers and many devices are left unused, while there may be a shortage of other types of modules. Another problem that has become especially noticeable for microcontrollers used in the field of IoT is the cryptographic protection of data that is transmitted through built-in information exchange interfaces. The main efforts of researchers and developers of cryptographic data protection methods were aimed at reducing energy-intensive operations, memory access iterations and speeding up encryption processes while maintaining a high level of cryptographic protection and enabling efficient data distribution within IoT devices networks. Research results. This paper presents an alternative approach to the manufacture of peripheral modules as part of microcontrollers. The authors propose to use a configurable software processor module based on the MIPS architecture with a reduced instruction set and limited capabilities. Conclusions. This approach would make it possible to dynamically change the functionality of peripheral modules in accordance with the requirements of the developed software solution, which in turn will increase the efficiency of the microcontroller chips capabilities utilization. In addition, the transfer of data stream encryption functions to the reconfigurable core of the peripheral module will provide fast and transparent cryptographic protection, as well as allow offloading the microcontroller core and increasing the energy efficiency of chips while reducing their production cost.При розробці мікроконтролерів виробники намагаються включити якнайбільше різних видів периферійних пристроїв, щоб підвищити маркетингову привабливість своєї продукції. З одного боку, при великому асортименті різних периферійних модулів дуже складно включити до складу мікроконтролера велику кількість пристроїв одного типу: виробники переважно обмежуються 1-2 екземплярами, дуже рідко зустрічаються 4 модулі однакового типу. З іншого боку, більшість програмних проектів не використовують всю периферію сучасних мікроконтролерів і багато пристроїв залишаються незадіяними, тоді як може відчуватися нестача модулів іншого типу. Ще однією проблемою, яка стала особливо відчутною для мікроконтролерів, що застосовуються у сфері ІТ, це криптографічний захист даних, які передаються через вбудовані інтерфейси обміну інформацією. Основні зусилля дослідників та розробників криптографічних методів захисту даних були спрямовані на зниження енерговитратних операцій, звернень до пам'яті та прискорення процесів шифрування за одночасного збереження високого рівня криптографічного захисту та забезпечення можливості ефективного поширення даних у мережах пристроїв ІоТ. Результати дослідження. У роботі подано альтернативний підхід до виготовлення периферійних модулів у складі мікроконтролерів. Пропонується використовувати конфігурований модуль програмного процесора на базі архітектури MIPS з укороченим набором команд та обмеженими можливостями. Висновки. Такий підхід дозволяє динамічно змінювати функціонал периферійних модулів відповідно до вимог програмного рішення, що розробляється, що в свою чергу дозволить підвищити ефективність використання можливостей мікросхем мікроконтролерів. Крім того, перенесення функцій шифрування потоку даних в ядро периферійного модуля, що реконфігурується, дозволить забезпечити швидкий і прозорий криптографічний захист, а також дозволить розвантажити ядро мікроконтролера і підвищити енергоефективність мікросхем при одночасному зниженні собівартості їх виробництва.enperipheral modulesoft-CPURISCMIPS architectureFPGAinternet of thingsencryptionlightweight cryptographyAEADAsconпериферійний модульсофт-процесорRISCархітектура MIPSПЛІСінтернет речейшифруваннялегка криптографіяAEAD-режимArticlehttps://doi.org/10.20998/2522-9052.2023.2.13https://orcid.org/0000-0007-6201-5370https://orcid.org/0000-0002-7252-3172https://orcid.org/0000-0002-4540-8670