ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
2026  # Double square

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

Oct Nov # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 31.03.2025
  • Devices
  • Embedded

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Nykyään sulautettujen järjestelmien muistivaatimukset kasvavat jatkuvasti lisääntyvän yhdistettävyystoiminnallisuuden ja sovellustason monimutkaisuuden vuoksi. Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä olisi vielä vuosikymmen sitten katsottu enemmän kuin riittäväksi ja tulevaisuuden kannalta varmaksi ratkaisuksi tavallisiin sovelluksiin. Toisaalta vielä suuremman haihtumattoman muistin integrointi vaatii huomattavan suuren piipinta-alan, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan.

Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Ulkoisen muistin käyttö soveltuu paitsi sovellusdatan tallentamiseen, myös sovelluskoodin säilyttämiseen, jolloin ei tarvitse huolehtia valmistajan tuotekehityssuunnitelmista tai siitä, pystyykö se vastaamaan tuleviin tarpeisiin. Tämä tuo mukanaan joitakin lisähuomioita, kuten ulkoisesta muistista suoritettavan koodin suorituskyvyn sekä sovelluskoodin suojaamisen kopioinnilta tai muokkaukselta.

Ensimmäiseen ongelmaan ratkaisu on käyttää laajaväyläistä muistia, joka kasvattaa sarjaviestilinjojen fyysistä tiedonsiirtokapasiteettia. Nämä ratkaisut tarjoavat yhden parhaista vaihtoehdoista kompromissina IO-yhteyksien määrän ja saavutettavan suorituskyvyn välillä, tarjoten jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn verrattuna perinteiseen Quad-SPI-väylään. Yleensä tällaiset modernit muistit tukevat myös hieman korkeampia käyttökellotaajuuksia, mikä parantaa suorituskykyä entisestään.

Muistin sisällön suojaaminen edellyttää kryptografisten tekniikoiden käyttöä koodin salaamiseksi, sillä muuten hyökkääjän olisi helppo yhdistää muistipiiriin ja lukea tallennettu sisältö pienellä vaivalla. Jotta salauksen purku ei aiheuttaisi viiveitä, on käytettävä suunnitteluratkaisuja, jotka toimivat nopeasti ja suoraan ohjeiden hakuprosessin yhteydessä – toisin sanoen täysin läpinäkyvästi suorittimen näkökulmasta.

Artikkeli löytyy uusimmasta ETNdigi-lehdestä täältä. Alla se on kokonaisuudessaan.

 

PROTECT YOUR IP WITH EXTERNAL MEMORY

Giancarlo Parodi, Renesas Electronics

Many microcontrollers on the market provide storage density in the range of few Megabytes, which does impact the cost of the product significantly. A suitable alternative solution is using external memory, which can be purchased in volumes at comparably lower prices and with several densities’ options, typically starting from few to hundreds of Megabytes.

Nowadays, embedded systems are constantly growing their memory requirements because of increasing connectivity functionality and application-level complexity. Many microcontrollers on the market provide storage density in the range of a few Megabytes, which only a decade ago would have been regarded as more than sufficient and future-proof for the average application. On the other hand, integrating even more non-volatile memory requires quite a large silicon area, impacting the cost of the product significantly. A suitable alternative solution is using external memory, which can be purchased in volumes at comparably lower prices and with several density options, typically starting from few to hundreds of Megabytes.

The external memory solution is suitable not only for holding application data but also for storing application code, therefore removing any concern about the supplier roadmap to be able to fulfill future needs. On the other hand, some additional aspects must be taken into consideration like the performance of the code executing from the external memory, and how to protect the application code from cloning or modification.

For the first problem, the solution is to use a memory with a wide interface which increases the physical throughput for the serial lines. Memories with an octal interface provide one of the best choices in terms of tradeoff between the number of IO connections and the achievable 2x throughput improvement compared to the legacy Quad-SPI interface. Normally such modern memories also support slightly higher operating frequencies so that the performance improvement is even more significant.

Protecting the content of the memory requires the use of cryptographic techniques to encrypt the code, since otherwise it would be easy for an attacker to connect to the memory and read out the stored information with small effort. To avoid latencies for the decryption process it is necessary to use design solutions that are fast and executed in line with the instruction fetching process—in other words, transparent from the CPU perspective.

The latest Renesas MCUs like the RA8x1 series implement a so-called ‘decryption on the fly’ (DOTF) architecture which serves exactly this purpose. A conceptual representation of the solution can be seen in Figure 1.

The principle is quite simple and based on the AES encryption/decryption standard, using counter mode (CTR) as specified in NIST SP800-38A. The principle of CTR mode operation is shown in Figure 2.

In CTR mode, a set of counters are used as input to a block cipher function, to generate a secret output which is then exclusive-ORed with the plaintext (or ciphertext) to encrypt (or decrypt) the message data. The sequence of counters must be chosen so that every input block in the set is unique. This requirement is valid for all ‘messages’ (i.e. data items) which are encrypted using the same key.

One nice property of CTR mode is that the cipher functions associated with the counter can be performed upfront independently from each other, and do not need to wait for the data block to be available. This helps to reduce latency while reading out the encrypted data from the octa memory, since the generation of the output block can be done in parallel. Also, a certain plaintext block can be recovered independently from any other block, which is convenient for fetching program data, since depending on the program flow the processor might request to read code at non-sequential address locations.

Figure 1. DOTF architecture.

The parameters used to define the counters need to be chosen carefully to ensure their uniqueness. An AES block is 16 bytes (128 bits) in size; therefore, the counter must be also 128 bits wide. Every encrypted block in memory is aligned to 16 bytes too, and to create a unique counter a concatenation of an initial value and the memory address can be used.

Figure 2 - CTR mode (source: NIST SP800-38A).

The initial value is essentially a nonce (unique, random number used once) and the address of the encrypted block being read has the 4 LSBs masked, to create the counter value according to the following scheme: counter [127:0] = InitialValue [127:28] || (MemoryAddress [31:4] >> 4).

There are a couple of further interesting features in the implementation which are very useful to make it a flexible and user-friendly solution. First, the application can define an address boundary for which the decryption on the fly will be used, or otherwise bypassed, as shown in Figure 3.

This makes it very convenient if the application wants to partition the flash contents between code and other data, where the code gets decrypted on the fly and the data gets simply read without decrypting. The latter also allows the application to use another key or encryption mode for the data and avoids sharing the application code encryption/decryption key for multiple purposes.

As for the alignment of the DOTF area, even though the AES encryption standard implies a minimum alignment of 16 bytes. Given the typical organization of a flash memory, the boundary should rather be placed on a sector or block size (the minimum flash unit size which can be erased while programming). In the implementation, the DOTF boundary is configurable to 4KB address alignment; in fact the application shall anyway avoid having a memory block storing both DOTF and non-DOTF data, which would make in-field-updates and factory programming unnecessarily complicated.

The flash memory device is mapped linearly into the addressable space of the MCU, and the Octa IP takes care of issuing the appropriate read commands, this is typically called XiP (execute-in-place) operation mode. For the encrypted area any access to the requested 16-byte blocks can be done efficiently by issuing one time the required address, and then reading the data continuously, thereby reducing the OctaSPI protocol overhead to a minimum. 

Another important aspect is how the decryption key is handled and loaded. In devices supporting DOTF, there is a dedicated AES engine implemented within the IP but the key for the decryption process gets loaded over a private bus connection to the Renesas secure IP; this avoids leaking the key value over the internal MCU bus interconnect. Additionally, the keys handled by the Renesas secure IP are themselves encrypted, so these can be stored safely in memory without confidentiality and integrity concerns.

Figure 3 - DOTF boundaries.

The DOTF engine supports 128-, 192- and 256-bit size keys for maximum flexibility and future-proof choices, and there is no limit on the number of different keys which can be used to decrypt a specific image. The latter implies that any firmware update can use a different key if desired, and there is no need to share the same key between different MCUs. Preparing the new image can be conveniently done offline on a secure host, before sending the image update to a device in the field or sending the encrypted image to a contract manufacturer for programming. The initial decryption key, or a “key update key” (for updating the decryption key in the field) can be injected securely in the MCU during production. Injected keys, whether in the field or at production stage, are always bound to the specific MCU, so that cloning is prevented.

Furthermore, the IP provides countermeasures to protect against side channel attacks. All runtime operation is performed transparently by the hardware, and the provided software drivers take care to initialize and load the parameters for the DOTF operation (initial value, boundaries) and the key, before operation can start.

All MCUs which require memory expandability and complex application requirements will benefit from such kind of solution, which ensures that the MCU developer will benefit from a solid application roadmap while also protecting the software investment.

For more information on the RA MCU family, please visit www.renesas.com/ra.

MORE NEWS

Tulevaisuuden autoa ohjaa RISC-V

Autojen elektroniikassa on käynnissä merkittävä arkkitehtuurimuutos. Infineon tuo avoimen RISC-V-käskykanta-arkkitehtuurin Aurix-mikro-ohjaimiinsa ja pyrkii yhdistämään auton eri ohjausjärjestelmät yhteiselle alustalle. Uusi Aurix RC1 on suunniteltu ohjelmistomääriteltyihin autoihin, joissa yhä useampia toimintoja hallitaan keskitetysti ja päivitetään ohjelmistolla.

CRA tulee mukaan flash-muistien kehitykseen

EU kyberkestävyyssäädös CRA muuttaa myös elektroniikan komponenttivalmistajien toimintaa. Taiwanilainen Winbond on kehittänyt tietoturvallisille flash-muisteilleen kokonaisuuden, joka auttaa laitevalmistajia täyttämään EU uudet kyberturvallisuusvaatimukset. Ratkaisua esitellään Münchenin Electronica-messuilla.

GaN-transistorin resistanssi putoaa alle milliohmin

Tekoälypalvelimien ja robottien tehonsyötössä jokainen milliohmi merkitsee kasvavia häviöitä, kun virrat nousevat suuriksi. Nexperia esittelee Münchenin Electronica-messuilla uusia GaN-transistoreita, joiden johtavan tilan resistanssi painuu alimmillaan 0,32 milliohmiin.

NXP lupaa droonin toimintakuntoon puolessa tunnissa

Robottien kehitystyö voi lyhentyä kuukausista viikkoihin, kun tekoäly, anturit, moottorinohjaus ja tietoliikenne yhdistetään valmiiksi testatulle alustalle. NXP esittelee Münchenin Electronica-messuilla uutta robotiikka-alustaansa, jolla droonin ensimmäiset toiminnot voidaan valmistajan mukaan ottaa käyttöön jo puolessa tunnissa.

Sulautettu laite kestää 15 vuotta – mutta kestääkö sen muisti?

Teollisuuden sulautetut järjestelmät suunnitellaan usein 10–15 vuoden käyttöikää varten. Muistitekniikka ja komponenttien saatavuus muuttuvat kuitenkin huomattavasti nopeammin. Kingstonin Suomen liiketoiminnan kehityspäällikkö Mikko Maanoja korostaa, että muistivalinnat ja komponenttien elinkaaren hallinta on otettava huomioon jo laitteen suunnitteluvaiheessa.

SIM-kortti katoaa teollisuuden IoT-laitteista

Teollisuuden IoT-laitteiden mobiiliyhteydet eivät enää välttämättä tarvitse fyysistä SIM-korttia tai erillistä eSIM-piiriä. STMicroelectronics on tuonut NB-IoT -moduuliinsa ohjelmistopohjaisen SIM-ratkaisun, joka yksinkertaistaa laitteiden valmistusta, käyttöönottoa ja yhteyksien hallintaa.

125 megahertsin reaaliaikainen analyysi mahtuu nyt käsimittariin

Saksalainen Rohde & Schwarz on esitellyt Münchenin Electronica-messuilla uuden FNH-käsianalysaattorin, joka yhdistää spektrianalyysin, reaaliaikaisen spektrianalyysin, vektoriverkkoanalyysin ja tehomittaukset samaan laitteeseen. Uutuuden merkittävin tekninen ominaisuus on jopa 125 megahertsin reaaliaikainen analyysikaista, joka on valmistajan mukaan luokkansa levein.

Onsemi leikkaa SiC-tehohäviöitä 35 prosenttia

Onsemi on kehittänyt uuden sukupolven piikarbiditeknologian, joka vähentää tehohäviöitä jopa 35 prosenttia ja kasvattaa tehotiheyttä 30 prosenttia edelliseen sukupolveen verrattuna. EliteSiC M4 -tekniikka perustuu uuteen trench-rakenteeseen, jota yhtiö esittelee tänään Münchenissä alkavilla Electronica-messuilla.

Piikarbidin valmistus ottaa jättiharppauksen

Infineon on ensimmäisenä puolijohdevalmistajana onnistunut valmistamaan toimivia piikarbidi- eli SiC-tehokomponentteja 300 millimetrin kiekoilla teollisessa puolijohdetehtaassa. Läpimurto voi tulevaisuudessa alentaa merkittävästi SiC-komponenttien valmistuskustannuksia ja parantaa niiden saatavuutta.

Euroopan varustautuminen näkyy myös Electronica-messuilla

Euroopan elektroniikkateollisuus kokoontuu tänään Müncheniin maailman suurimmille ammattielektroniikan messuille. Electronica 2026 korostaa tekoälyä, energiatehokkuutta ja sähköistyvää yhteiskuntaa, mutta taustalla vaikuttaa myös Euroopan kiihtyvä varustautuminen. Droonit, tutkat ja elektroninen sodankäynti tarvitsevat yhä enemmän puolijohteita, antureita ja muuta elektroniikkaa.

Tekoäly jakaa piirilevyteollisuuden kahtia

Yole Groupin mukaan maailman piirilevymarkkinat kasvavat 88 miljardista 140 miljardiin dollariin vuoteen 2031 mennessä. Keskimääräinen kahdeksan prosentin vuosikasvu peittää kuitenkin alleen suuren rakennemuutoksen, sillä tekoälypalvelimien tarvitsemat vaativat piirilevyt kasvavat moninkertaista vauhtia perinteisiin ratkaisuihin verrattuna.

Nigel laajenee edullisempiin PXI-kortteihin

Emerson laajentaa NI PXI-mittalaitevalikoimaa uusilla, aiempaa edullisemmilla moduuleilla. Samalla yhä useammat mittausjärjestelmät pääsevät hyödyntämään Nigel-tekoälyavustajaa, joka nopeuttaa automatisoitujen testien kehittämistä ja vianetsintää.

Tekoäly kirjoittaa koodia nopeammin kuin ihminen ehtii tarkastaa

Tekoäly on kiihdyttänyt ohjelmistokehitystä voimakkaasti, mutta samalla se on synnyttänyt uuden pullonkaulan. Koodia syntyy nyt nopeammin kuin sitä ehditään tarkastaa ja hyväksyä. Ohjelmistokehityksen tuottavuutta mittaavan LinearB:n tutkimuksen mukaan tekoälyagenttien tekemät koodimuutokset odottavat katselmointia yli viisi kertaa pidempään kuin muut muutokset.

Kolme teollisuuden Ethernet-protokollaa samassa moduulissa

Texas Instruments on julkistanut kompaktin tietoliikennemoduulin, joka tukee EtherCAT-, EtherNet/IP- ja Profinet-protokollia samalla laitteistolla. Käytettävä protokolla voidaan vaihtaa ohjelmistopäivityksellä ilman piirilevyn uudelleensuunnittelua.

Yksi tehdas käänsi Euroopan elektroniikkatuotannon kasvuun

Euroopan elektroniikan sopimusvalmistus kasvoi 4,7 prosenttia vuonna 2025. Kasvun taakse kätkeytyy kuitenkin huomattavasti heikompi markkinatilanne. Foxconnin yksi tehdas Unkarissa kasvatti datakeskuslaitteiden tuotantoaan niin voimakkaasti, että se käänsi koko Euroopan tilastot plussalle.

Datakeskusten sähkönjakelu siirtyy ohjelmistojen aikaan

Schneider Electric tuo ohjelmistopohjaisen arkkitehtuurin keskijännitekojeistoihin. Tavoitteena on nopeuttaa erityisesti datakeskusten sähkönjakelujärjestelmien valmistusta ja käyttöönottoa. Yhtiön mukaan uusi ratkaisu voi lyhentää käyttöönottoon kuluvaa aikaa jopa puoleen.

Sama piirilevy käy aurinkokennolle ja USB-lataukselle

Belgialainen e-peas on julkistanut kolme virranhallintapiiriä, joiden avulla laitevalmistaja voi toteuttaa samalla piirilevyllä sekä ympäristöenergiaa hyödyntävän että tavallisella USB-latauksella toimivan laitteen. Ratkaisu helpottaa esimerkiksi langattomien näppäimistöjen, hiirten ja IoT-antureiden eri tuoteversioiden kehittämistä.

Pienempi elektroniikka kuumentaa passiivikomponentit

Elektroniikan miniatyrisointi kasvattaa komponenttien lämpökuormitusta. Puolalainen komponenttijakelija TME nostaa esiin Panasonicin passiivikomponentit, joiden avulla voidaan hallita lämpenemistä ja säilyttää piirien sähköiset ominaisuudet tiheästi pakatuissa rakenteissa.

Vuoden ohjelmistoyrittäjä tekisi nyt kaksi asiaa toisin

– Jos perustaisin yritystä nyt, olisin enemmän amerikkalainen. Aloittaisin myyntityön paljon aikaisemmin, jo ennen kuin tuote on valmis, sanoo Enfucen toimitusjohtaja Denise Johansson. Yli 30 miljoonan euron liikevaihtoon kasvaneen maksuteknologiayhtiön perustaja muuttaisi myös suhtautumistaan ulkopuoliseen rahoitukseen. Johansson palkittiin torstaina yhdessä Monika Liikamaan kanssa Vuoden Ohjelmistoyrittäjänä.

Liian pitkä salasana avaa Linux-palvelimen hyökkääjälle

Linux-palvelinten SSH-etäyhteyksistä on löytynyt kriittinen haavoittuvuus, jonka avulla hyökkääjä voi kirjautua järjestelmään ilman oikeaa salasanaa. Yllättävästi hyökkäys onnistuu syöttämällä poikkeuksellisen pitkä salasana. OpenSSH-projekti on julkaissut kiireellisen korjauksen ja kehottaa haavoittuvien järjestelmien ylläpitäjiä toimimaan välittömästi.

45 46 # puffbox mobox till tme native
Oct Nov   # puffbox mobox till square
2026  # mobox för double square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

5G-verkko ilman operaattoria – DECT NR+ haastaa tutut IoT-ratkaisut

ETN - Technical article5G-yhteyden rakentamiseen ei välttämättä tarvita matkapuhelinoperaattoria, SIM-kortteja eikä lisensoitua radiotaajuutta. DECT NR+ tuo 5G-standardin ominaisuuksia paikallisiin IoT-verkkoihin, joissa tarvitaan pitkää kantamaa, pientä viivettä ja luotettavaa tiedonsiirtoa. Uusi tekniikka yhdistää itsestään järjestäytyvän mesh-verkon, energiatehokkuuden ja nopean tiedonsiirron tavalla, joka haastaa monet nykyiset langattomat ratkaisut.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Tulevaisuuden autoa ohjaa RISC-V
  • CRA tulee mukaan flash-muistien kehitykseen
  • GaN-transistorin resistanssi putoaa alle milliohmin
  • NXP lupaa droonin toimintakuntoon puolessa tunnissa
  • Sulautettu laite kestää 15 vuotta – mutta kestääkö sen muisti?

NEW PRODUCTS

  • Sama piirilevy käy aurinkokennolle ja USB-lataukselle
  • Murata kutisti RF-testiliittimen neliömillimetriin
  • 40 TOPSin tekoälyteho ensimmäistä kertaa SMARC-moduulille
  • Muratan lämpötila-anturi on lähes näkymätön
  • 600 megabittiä satelliitin sisällä
 
 

Section Tapet