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物联网是新一代信息产业的重要组成部分,是将信息化技术更加全面地为人类生产生活服务的重大升级,应用前景巨大,蕴藏着万亿级市场。物联网节点SoC芯片作为物联网系统中的核心部件,对物联网系统的安全和性能有着至关重要的影响。近年来,国家对于物联网信息安全和自主可控研发技术高度重视,设计基于开源指令集、支持硬件加密和CNN加速计算的物联网节点SoC芯片具有重要意义。论文的主要工作是从芯片安全性、信息私密性和神经网络算法支持能力三个方面对物联网节点SoC进行研究,设计基于RISC-V架构、支持硬件加密和CNN加速计算的物联网节点SoC。在对轻量级密码算法SIMON成功进行DPA攻击的基础上,基于WDDL技术提出了一种紧凑型SIMON加密电路抗DPA优化设计方案,以较少的资源消耗使得物联网节点SoC具备安全可靠的数据加密措施。针对硬件木马对物联网芯片安全构成的威胁,研究了基于旁路分析的硬件木马检测方法,使用PCA和谱聚类分析方法通过电路功耗数据实现了对硬件木马电路的检测,保证了物联网节点SoC芯片在生产和封装过程中的安全性。为了应对物联网系统中日益增多的神经网络计算需求,通过电路复用技术提出了一种小面积CNN加速电路设计方案,为物联网节点SoC提供良好的CNN计算能力。最后,通过对RISC-V指令集、处理器微架构、处理器Cache和片上总线的研究与设计,构建并实现了基于RISC-V架构、支持硬件加密和CNN加速计算的物联网节点SoC。基于Synopsys DC综合工具对提出的紧凑型SIMON加密电路抗DPA优化设计进行资源评估,电路以70.8%的冗余面积消耗完成了抗DPA优化。通过Synopsys PT-PX功耗仿真软件进行电路功耗的模拟采集,使用PCA和谱聚类分析成功根据电路功耗数据检测出SIMON电路中植入的占比0.95%的硬件木马。基于Xilinx公司Vivado 17.2对设计的紧凑型CNN加速电路进行实现和评估,加速电路以5717个LUT的资源消耗使得Cortex-M3内核的CNN计算能力超过了高性能内核Cortex-A53,单位频率下的计算能力达到了Intel 7500的6倍。在Xilinx VC707FPGA上完成对所设计基于RISC-V架构的物联网SoC的验证,与Cortex-M3相比,其内核运行频率提高了42%,内核LUT资源消耗降低了53%。