随着信息传输技术和汽车电子行业的快速发展,智能网联汽车正逐渐成为汽车产业未来发展的风向标。车载系统通讯量的增加使智能网联汽车面临的信息安全隐患加剧。为了保障信息安全,智能网联汽车首先需要识别通信节点的身份信息,然后使用密文数据完成通信过程。本文针对车载系统通信安全的应用场景,设计了一款具有国密算法和密钥管理体系的硬件安全模块（Hardware Security Module,HSM）,HSM可以在通信阶段保障车载系统数据的安全性和完整性。本文首先基于车载HSM的数据加密、密钥管理等需求,对国密算法原理和密钥管理体系进行了详细分析,以此为基础设计了密码算法系统和密钥管理系统。使用国密算法SM2、SM3、SM4完成密码算法系统,实现数字签名验签、认证计算、数据加解密等功能。密钥管理系统使用三层密钥体系结构管理HSM内部的所有密钥,实现密钥创建、密钥交换、密钥导出等功能。为了确保密钥的真实性与随机性,密钥的创建过程使用真随机数发生器。此外,对多处理器之间的硬件通信机制进行分析后,使用Mailbox完成车载系统中央处理器（Central Processing Unit,CPU）与HSM内部CPU的通信过程。为了完成数据的高速传输过程,使用直接存储器访问（Direct Memory Access,DMA）搭建数据传输通路,实现待处理数据和已处理数据的交换功能。使用Modelsim软件对HSM进行功能仿真,仿真结果表明HSM的功能正确。在Xilinx VC709平台上完成现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）原型验证,FPGA综合报告显示HSM使用了101.2k个查找表、58.6k个寄存器。在100MHz的时钟频率下,国密算法SM4、SM3的吞吐率分别为1.02 Gbps、1.72 Gbps,SM2数字签名速率为每秒203次、数字验签速率为每秒172次。与同类文献的HSM相比较,本文的设计在资源开销、加密速率上具有一定的优势,具有一定的应用价值。