作者：wcc149，来源： 电子电路开发学习微信公众号
用过单片机的朋友都知道，单片机芯片内部都有一串序列号，比如STM32，称之为Unique device ID，是一个96Bit的只读数据。
和单片机一样，FPGA芯片内部同样也有ID，具有不可修改的属性。以常用的Xilinx和Altera为例，Altera称之为Chip ID，Xilinx FPGA称之为Device DNA。
应用场景
FPGA的DNA我们一般的使用场景是用于用户逻辑加密。
一般来说，用户在逻辑上可以通过特定的接口把这个Device DNA读取出来，经过一系列加密算法之后和预先在外部Flash存储的一串加密后的字节串做比较，这个flash存储的加密后的字节串也是由该DNA经过加密后得到，FPGA加载程序后可以先从flash读出该段字节做比较，如果相同，则让FPGA启动相应的逻辑，如不同，则代表该FPGA没有经过用户授权，用户逻辑上可以关闭FPGA的逻辑功能甚至可以通过一些手段让硬件损坏。
Xilinx的FPGA芯片，在7系列和7系列之前的产品，DNA是一个57Bit的数据，而在7系列之后，如Ultraslace等新型号，DNA是96Bit。
如何获取Xilinx FPGA的Device DNA呢，下面我从JTAG和调用源语两个方法说明，并开放核心代码供大家参考。
方法1：通过JTAG读取
ISE环境，以14.7版本为例，将下载器连接到FPGA芯片之后，使用iMPACT软件，在已经连接的芯片上右键选择Read Device DNA，可以读出芯片的DNA。
vivado环境下，使用自带的Hardware Manager，连接到芯片之后，在REGISTER->EFUSE->DNA_PORT，可以看到读取的DNA寄存器的值。
方法2：调用原语读取
通过我们需要在程序读取出芯片的DNA，可以通过调用DNA_PORT原语的方式来读取芯片的DNA。
原语的例化模板，可以在ISE或Vivado自带的代码模板中找到：
ISE中的代码模板
Vivado中的代码模板
Vivado下UltraScale系列的DNA_PORT2原语模板
DNA_PORT原语的使用
关于DNA_PORT原语的介绍和使用，可以查看Xilinx官方文档，UG470_7Series_Config
https://www.xilinx.com/content/dam/xilinx/support/documents/user_guides/...
7系列及其之前的FPGA芯片，DNA_PORT原语：
DNA_PORT #(
.SIM_DNA_VALUE(57'h000000000000000) // Specifies the Pre-programmed factory ID value
)DNA_PORT_inst (
.DOUT(DOUT), // 1-bit output: DNA output data
.CLK(CLK), // 1-bit input: Clock input
.DIN(DIN), // 1-bit input: User data input pin
.READ(READ), // 1-bit input: Active high load DNA, active low read input
.SHIFT(SHIFT) // 1-bit input: Active high shift enable input
);
7系列之后Ultraslace系列的FPGA，使用DNA_PORT2原语：
DNA_PORTE2 #(
.SIM_DNA_VALUE(96'h000000000000000000000000) // Specifies a sample 96-bit DNA value for simulation
)DNA_PORTE2_inst (
.DOUT(DOUT), // 1-bit output: DNA output data
.CLK(CLK), // 1-bit input: Clock input
.DIN(DIN), // 1-bit input: User data input pin
.READ(READ), // 1-bit input: Active-High load DNA, active-Low read input
.SHIFT(SHIFT) // 1-bit input: Active-High shift enable input
);
操作说明
先拉高READ信号，加载DNA寄存器，然后给出SHIFT拉高使能信号，DOUT串口输出DNA值，57个clk之后，DNA输出完毕，SHIFT拉低取消使能。
驱动代码：
/***************************************************************
* Copyright(C), 2010-2022, YOUR CORP/INC/COMPANY/LTD/LIMITED.
* ModuleName : get_dna.v
* Date : 2022年5月22日
* Time : 11:06:00
* Author : wcc149
* Function : XC7A75T获取DNA芯片ID
* Version : v1.0
* Version | Modify
* ----------------------------------
* v1.0 .....
***************************************************************/
module get_dna(
//inputs
input clk,
input rst_n,
//Outputs
output reg [56:0] dna,
output reg dna_vld
);
localparam S0_IDLE = 4'd0;
localparam S1_LOAD = 4'd1;
localparam S2_SHIFT = 4'd2;
localparam S3_FINSIH = 4'd3;
reg [7:0] cnt_bit;
reg [56:0] dna_buf;
reg [3:0] fsm;
reg load;
reg shift;
always @ (posedge clk) begin
if(!rst_n) begin
cnt_bit <= 0;
fsm <= S0_IDLE;
load <= 0;
shift <= 0;
dna <= 0;
dna_vld <= 0;
end
else begin
case (fsm)
S0_IDLE: begin
if(cnt_bit != 10)//上电等待10个clk
cnt_bit <= cnt_bit + 1;
else begin
cnt_bit <= 0;
fsm <= S1_LOAD;
load <= 0;
shift <= 0;
dna <= 0;
dna_vld <= 0;
end
end
S1_LOAD:begin
if(cnt_bit != 5) begin//load信号维持5个clk
cnt_bit <= cnt_bit + 1;
load <= 1;
end
else begin
cnt_bit <= 0;
load <= 0;
fsm <= S2_SHIFT;
end
end
S2_SHIFT: begin
// if(cnt_bit != 56) begin //Spartan-6
if(cnt_bit != 57) begin //Artix-7
cnt_bit <= cnt_bit + 1;
shift <= 1;
end
else begin
shift <= 0;
fsm <= S3_FINSIH;
cnt_bit <= 0;
dna <= dna_buf;
end
end
S3_FINSIH: begin
cnt_bit <= 0;
dna <= dna;
dna_vld <= 1;
fsm <= S3_FINSIH;
end
endcase
end
end
//dout在上升沿变化，在下降沿采样
always @ (negedge clk) begin
if(!rst_n)
dna_buf <= 'h0;
else if(fsm == S2_SHIFT)
dna_buf <= dna_buf << 1 | dout;
else
dna_buf <= 'h0;
end
DNA_PORT #(
.SIM_DNA_VALUE(57'h123456789ABCDEF) // Specifies the Pre-programmed factory ID value
)get_xc6slx9_dna(
//Inputs
.CLK(clk), // 1-bit input: Clock input
.DIN(1'b0), // 1-bit input: User data input pin
.READ(load), // 1-bit input: Active high load DNA, active low read input
.SHIFT(shift), // 1-bit input: Active high shift enable input
//Outputs
.DOUT(dout) // 1-bit output: DNA output data
);
endmodule
仿真波形：
实际运行时，逻辑分析仪抓的波形：
和JTAG读取出的一致：
注意
ISE 14.7环境下，使用下载器JTAG方式读取出的Spartan-6芯片的DNA，可能并不准确，我的两块Spartan-6开发板，一块XC6SLX9的开发板，使用下载器读出的是DNA全为1，但是使用原语方式读取出是正确的。
XC6SLX9使用JTAG读取的DNA
XC6SLX9使用原语方式读取的
而另一块XC6SLX16开发板，使用下载器和原语方式读取出的DNA是一致的。
