简单移位密码的HLS实现

c语言算法

#include<stdio.h>
#include<string>
#include<ctype.h>

void encrypt(char *plaintext, int shift)
{
	int length = strlen(plaintext);
	for(int i = 0; i < length; i++)
	{
		char current = plaintext[i];
		if(isalpha(current))
		{
			char base = islower(current) ? 'a' : 'A';
			plaintext[i] = (current - base + shift) % 26  + base;
		}
		else
		exit(-1);
	}
}

int main()
{
	char plaintext[100];
    for(i = 0; i < 100; i++)
    {
       plaintext[i] = 'a';
    }
	int shift = 5;
	//fgets(plaintext, sizeof(plaintext), stdin);//c语言中的安全输入函数。提前预留空间
	encrypt(plaintext, shift);
	return 0;
}

上述是c语言代码，但是，在HLS中，只支持最基本的c语言函数，所以像字符串的很多函数比如strlen(), islower()都不支持。我们需要自己编写。

HLS中算法修改

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<ctype.h>

int calculate_length(char *string)
{
	int len = 0;
	    while (string[len] != '\0') {
	        len++;
	    }
	return len;
}

void encrypt(char *plaintext, int shift)//注意如果用int表示位移会导致占用位数太大，而位移最多26位
{
	int length = calculate_length(plaintext);//不支持常规长度函数，所以把长度函数写在头文件中
	for(int i = 0; i < length; i++)
	{
		char current = plaintext[i];
		if((current >='a' && current <= 'z') || (current >= 'A' && current <= 'Z'))
		{
			char base = (current >='a' && current <= 'z') ? 'a' : 'A';
			plaintext[i] = (current - base + shift) % 26  + base;
		}
		//else
		//exit(-1);
	}
}

我们进行仿真，上述代码已经修改正确。（并非最终代码）

我们观察仿真出来的verilog代码，看到shift位宽32位如图所示：

然而位移最多26位，所以将宽度限制为5位即可。

所以定义一个头文件，在其中定义一些数据类型。

#ifndef _SHIFT_ENCRYPT_H
#define _SHIFT_ENCRYPT_H

#include "ap_int.h"


typedef ap_fixed<5, 5> shift_t;

void encrypt(char *plaintext, int shift);
#endif

之后我们要修改我们的源文件shift_encrypt.cpp如下：（并非最终代码）

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<ctype.h>
#include "D:\Vitis_HLS\shift_encrypt\src\shift_encrypt.h"
int calculate_length(char *string)
{
	int len = 0;
	    while (string[len] != '\0') {
	        len++;
	    }
	return len;
}

void encrypt(char *plaintext, shift_t shift)//注意如果用int表示位移会导致占用位数太大，而位移最多26位
{
	int length = calculate_length(plaintext);//不支持常规长度函数，所以把长度函数写在头文件中
	for(int i = 0; i < length; i++)
	{
		char current = plaintext[i];
		if((current >='a' && current <= 'z') || (current >= 'A' && current <= 'Z'))
		{
			char base = (current >='a' && current <= 'z') ? 'a' : 'A';
			plaintext[i] = (current - base + (int)shift) % 26  + base;
		}
		//else
		//exit(-1);
	}
}

重新运行仿真，即可看到shift占位5bits.

注意，此时还有问题，因为我们的输入和输出都是同一个地址处的变量plaintext，不利于区分输入和输出端口，所以我们应该定义输入和输出，分开赋值，便于接口分配。

最终代码

所以修改之后的shift_encrypt文件如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<ctype.h>
#include "D:\Vitis_HLS\shift_encrypt\src\shift_encrypt.h"
//int calculate_length(char *string)
//{
//	int len = 0;
//	    while (string[len] != '\0') {
//	        len++;
//	    }
//	return len;
//}

void encrypt(char *input, shift_t shift, char *output)//注意如果用int表示位移会导致占用位数太大，而位移最多26位
{
	//int length = calculate_length(input);//不支持常规长度函数，所以把长度函数写在头文件中
	encrypt_label0:for(shift_t i = 0; i < 3; i++)
	{
		char current = input[i];
		if((current >='a' && current <= 'z') || (current >= 'A' && current <= 'Z'))
		{
			char base = (current >='a' && current <= 'z') ? 'a' : 'A';
			output[i] = (current - base + (int)shift) % 26  + base;
		}
		//else
		//exit(-1);
	}
}

修改的testbench.cpp文件如下：

#include<stdio.h>
#include<string>
#include<ctype.h>
#include "D:\Vitis_HLS\shift_encrypt\src\shift_encrypt.h"
int main()
{
	char input[4] = "aaa";
	char output[4];
	shift_t shift = 5;
	//fgets(plaintext, sizeof(plaintext), stdin);//c语言中的安全输入函数。提前预留空间
	encrypt(input, shift, output);
	fprintf(stdout, "output result = %s\n", output);
	return 0;
}