专利名称：一种微机软件防护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微机软件防护技术领域，特别涉及一种磁盘仿真器。用于固化微机操作系统、应用程序、抗电磁干扰和抗恶劣环境影响的软件防护装置。
就微机软件存放载体而言，迄今为止，一般使用软盘和硬盘。由于其作为微机的外存贮器，容量大等特点，通常微机均有配置。使用时，可自动引导操作系统和运行用户程序，但由于一方面由于软件本身易受人为和病毒的破坏，另一方面软盘和硬盘有机械装置，故它们对防电磁干扰，恶劣环境如振动、高低温的适应能力差，不能适应一些野外作业和专用的军事领域，而在民用一些特定的场合完成某一特定的功能，一方面容易损坏，另一方面又显得浪费。
《微计算机应用》杂志1995年第16卷第3期介绍的《一种用于固化软件的电子盘》其中包括可用于固化DOS操作系统，还可将应用软件固化起来，取代软、硬盘工作，使用时，将电子盘插入微机总线槽，就能象软盘和硬盘一样使用操作系统各种命令和运行用户程序。该电子盘仍有许多不足，其一，没有存储器转换电路，实用性差；其二，由于采用I/O控制，兼容性和可靠性差，电路复杂，在一些机型上不能使用；其三，没有存储器容错电路，一旦存储器损坏，则将失去电子盘能力；其四，采用一卡一软件设计思路，硬件改动，软件必须重新编写，缺乏通用性和可扩展性。
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种结构简单，使用方便的软件防护装置。使其解决微机软件和软件载体的可靠性、安全性、保密性、环境适应性和系统兼容性。
本实用新型设计的一种微机软件的防护装置，包括译码电路、RAM、EPROM存储器，其特征在于还包括比较电路、段选电路、ROM存储器、闪烁存储器FLASH,EPROM、ROM、FLASH的选择电路，其中所说的比较电路与微机I/O通道相连，它的输出端与译码电路相连，译码电路输出端与段选电路及ROM、RAM和EPROM、FLASH的选择电路相连，EPROM、FLASH的选择电路的输出端接在EPROM和FLASH存储器上，EPROM储器中固化有DOS操作系统和应用程序，且前两个字节存放AAH和55H。ROM存储器中固化有防病毒软件，ROM中前两个字节也为AA和55H，如
图1所示。它们工作过程是这样的在开机前将该防护装置直接插入微机I/O通道，然后开机，首先执行微机本身ROM BIOS程序，ROM BIOS依次检测本实用新型各硬件电路，并对其初始化，接着扫描COOO～EFFFF，当在该段每2KB间隔中找到AA55字符，就确认此后为一段程序，然后就开始执行该段程序的第一条指令，这样就象软、硬盘一样进入引导程序，实现了磁盘仿真、防病毒和运行应用程序。为使该装置具有通用性和可扩展性，克服传统的软件过于被动，依据硬件的设计思想。本实用新型还给出了一个变段重叠映射系列设计表，如表1。表1为软件编程提供一个标准接口，凡符合此表的软件，可一次编程，支持同一系列的不同硬件结构。
表1
表1中，占系统空间指ROM、RAM所占CPU内存的容量，分别可为2KB,4KB,8KB,16KB，体选是将EPROM和FLASH每一个芯片定义为一个体，段号指所有ROM、RAM连续空间的任一编号。设计时，EPROM和FLASH可在不同的物理位置上，但在硬件设计时只要保证它们的整个空间连续即可。EPROM和FLASH容量指的是选择存储器的实际容量。
为提高通用性、兼容性。本实用新型有一改进型防护装置，如图2所示。它在上述的基础上增加了三部分电路，其特征在于还包括写电路，0页选择电路和数据收发器，所说的写电路输入端与I/O通道相连，它的输出端接在段选电路和ROM的选择电路上，0页选择电路输入端与EPROM的选择电路输出端相连，其输出接在EPROM存储器上，数据收发器输入与I/O通道相接，其输出端与EPROM、FLASH、ROM和RAM存储器相连。写电路可向段选电路灵活可靠地选择段址，同时实现对ROM的段选，0页控制电路实现了多个EPROM的0段(页)选择，数据收发器解决了总线输输出信息的驱动和与微机I/O通道的隔离。
为增强该装置的灵活性，适应不同环境不同用户的需要，其特征在于还包括转换电路1和转换电路2，锁存器1、2控制电路1、2，其中转换电路1的输入端接在译码电路1和译码电路2上，它的输出与0页控制电路，所说的各存储器的选择电路、控制电路1、控制电路2、ROM和RAM存储器相连；转换电路2的输入端与段选电路相接，它的输出端接在存储器EPROMo-EPROMn和FLASH芯片上，如图3所示。采用转换电路可使主机地址和存储器段选地址同步转换，实现以最小的硬件开锁，解决了该装置在不同机型上的兼容性。它在工作过程是这样的，当转换电路1和转换电路2在一种状态时，存储器映射地址为8K，在另一种状态时，存储器映射地址为4K。
为提高可靠性，本实用新型还设计了存储器的三取二容错表决电路，实现和解决了利用信息本身进行裁决和控制自动更换信息被破坏的存贮器，并切换至正常的存贮器工作。
本实用新型还包括存储器三取二容错表决电路，如图4所示。它包括与所说的闪烁存储器FIASH0及与其并联的同样的存储器FLASH1、FLASH2、裁决电路1，裁决电路2、裁决电路3、输出选择电路、输出电路1、输出电路2、输出电路3，其中所说的存储器FLASH0、FLASH1、FLASH2的数据线分别与裁决路1、裁决电路2、裁决电路3相连，裁决电路1～3的输出接在输出选择电路输入端，电路输出分别接在输出电路1、输出电路2和输出电路3。
在该电路中设计三个同样的存贮器，构成了三取二表决电路和信号流向控制电路。当微机存储器中写数据时，表决电路不起作用。由写信号选通信号流向控制电路，使三个存储器同时接收到来自微机总线上的数据和程序，表决电路不对来自微机的数据进行裁决。当微机读取存贮器数据时，在读信号控制下，三路存贮器中的数据信息同时流向表决电路和信号流向控制电路，此时，表决电路对三路信号进行比较，当三路信号中，有两路以上是完全一样的，则认为多数为正确，少数为错误，则表决电路发出控制信号给信号流向控制电路，由信息流向控制电路切断出错存贮器与微机数据总线的联系，使之隔离。同时由信号流向控制电路打开相应数据门，使正常的存贮器中的内容能及时送上微机的数据总线上。当三个存贮器的内容均不相等时，表决电路则认为所有存贮器的内容全部被破坏，通过控制信号流向控制电路隔离所有的存贮器。并发出存贮器出错报警信号。
它的工作过程是这样的在数据写入时，来自主机的总线信号分别送入FLASH0、FLASH1、FLASH2中，在数据读出时，三个RAM芯片的内容分别送入裁决电路1～3，裁决后的信号送入输出选择电路，其输出分别送入输出电路1，输出电路2、输出电路3，且只有一个输出电路有数据输出，其它处于浮空状态。由此可知FLASH0、FLASH1、FLASH2只要有两个芯片工作，则能保证数据读出的完整性，这样大大地提高了可靠性。
本实用新型全部部件均安装在一块插件板上，能方便地插入微机I/O通道中。
本实用新型与已有技术相比，具有下列优点1、它可方便的插入微机I/O通道中，直接替代软、硬盘工作，无盘运行用户程序。
2、软件只需一次编程，且支持不同环境的硬件环境。增强了软件和硬件的独立性，大大减少了软件的开发周期。使用方便灵活，自动纠错能力强，成本低，适应范围广，易于扩充，具有通用性。
3、使用该装置可直接引导系统，解决微机屏幕全黑问题。
4、数据及程序加密，可靠防病毒。
5、无需更换电池，数据可永久保存。
附图简要说明
图1是本实用新型构成方框图。
图2是本实用新型一种改进型的构成图。
图3是本实用新型实用另一种改进型电路方框图。
图4是本实用新型的三取二容错表决电路方框图。
图5是本实用新型一种最佳实施例电路结构图。
图6是本实施例外型结构示意图。
其中图5-1为EPROM、ROM和RAM存储器部分电路图其中图5-2为译码电路段选和锁存控制电路、转换电路及各存储器的选择电路部分构成连结图5-5为表决促裁电路及输入输出电路部分。
本实用新型设计的一种微机软件防护装置最佳实施例如图5-图6所示，参照附图详细描述本实施例的结构及其工作过程本实施例主要包括八大部分，如图5中虚线框图Ⅰ是，EPROM、ROM和RAM存储器，虚线框图Ⅱ是译码电路，虚线框图Ⅲ是段选和锁存控制电路，虚线框图Ⅳ是转换电路，虚线框图Ⅴ是各存储器选择和0页控制电路，虚线框图Ⅵ是FLASH存储器和表决电路，虚线框图Ⅶ是仲裁电路和输出电路，虚线框图Ⅷ是输入/输出电路。
图5的虚线框图Ⅰ～Ⅴ是主控和EPROM、ROM、RAM电路部分，其中图5-1的虚线框Ⅰ是EPROM、ROM、RAM存储器电路。为了减少占用系统资源，EPROM、ROM采用分段控制，EPROM每段基址既可为A12-A0，也可以为A11-A0，A12-A0或A11-A0曲转换电路完成。EPROM基地址A12-A0直接与微机I/O通道的A12-A0相连，EPROM段选A10-A12与转换电路2相接，表示如下转换电路信号CA7 CA6 CA5 CA4 CA3 CA2 CA1 CA0EPROM地址A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A1200000000选0段00000001选1段00000010选2段00000011选3段00000100选4段00000101选5段00000110选6段00000111选7段00001000选8段 11111111选FFⅡ段其中EPROM地址A19～A12分别与CA7～CA0相连，且受CA7～CA0控制。EPROM段址最大为FF×8K=1024KB。
图5-2中虚线框Ⅱ是译码电路，它由IC1、IC2、IC3、IC5芯片和DIP开关组成，其中IC1、IC2和DIP产生高位译码，IC3、IC5产生低位地址，高位地址译码A19 A18 A17 A16 A1511000 C0000H-C7FFFH11001 C8000H-CFFFFH11010 D0000H-D7FFFH11011 D8000H-DFFFFH11100 E0000H-E7FFFH11101 E8000H-EFFFFH11110 F0000H-F7FFFH11111 F8000H-FFFFFH低位地址译码由两组控制第一组由IC3控制，其输出作用A14 A1300 IC3/12输出，产生0页控制信号01 IC3/11输出，产生EPROM片选信号10 IC3/10输出，产生ROM片选信号11 IC3/9输出，产生RAM片选信号第二组由IC5和IC1控制，其输出作用A14 A13 A12000 IC1/4输出，产生0页控制信号001 IC1/5输出，产生EPROM片选信号01* IC5/13输出,产生ROM片选信号10* IC5/11输出，产生RAM片选信号图5-2中虚线框Ⅲ是段选电路和锁存控制电路，它由锁存器IC7、IC8、IC9、IC13和译码器IC4组成。开机后IC13将主机来的复位信号反相清除IC7、IC8、IC9寄存器内容。当IC4/4脚输出低电平时将来自微机I/O通道A9-A0信号锁存在IC7、IC8、IC9中。使IC7输出产生CA7-CA0供EPROM和FLASH用，IC8输出产生AA9-AA8供芯片选择电路用，IC9产生RA1-RAO提供ROM的段选地址。
图5-2中虚线框Ⅳ-1和Ⅳ-2分别为两组转换开关，Ⅳ-1完成主机的低位地址译码转换，Ⅳ-2完成EPROM本身的地址的转换。其中Ⅳ-1产生CAA、CSS、CROM和CRAM，Ⅳ-2产生CA7-CA0。
图5-2中虚框Ⅴ是EPROM、FLASH选择电路和0页控制电路，它完成EPROM、FL ASH芯片的选择和EPROM、FLASH的0页控制。它们由IC12和IC10/8、9、10组成，选择过程如下
AA9 AA8 AA7 AA6 AA5 AA4 AA3 AA2 AA1 AA0000 000-03F选ROM0001 040-07F选ROM1010 080-0BF选ROM2011 0C0-0FF选ROM3100 100-13F选ROM4101 1C0-1FF选FLASH110 保留111 保留图5-3中虚线框Ⅵ～Ⅷ是FLASH容错电路部分，其中虚线框图Ⅵ是FLASH闪烁存储器和表决电路。FLASH是由IC19、IC20、IC21相同容量的FLASH存储器组成，IC22、IC23、IC24是三只相同的比较器，由它们进行FLASH芯片好坏的表决，表决结果送入仲裁电路。
图5-3中虚线框Ⅶ是仲裁电路和输出电路，仲裁电路IC25的输出分时控制输出电路IC27、IC28或IC29。
图5-3中虚线框Ⅷ是输入/输出电路，它是双向数据收发器，由其19脚控制，当数据写入本装置FLASH时，IC30/19脚为低，反之亦然。
图5-3中虚线框Ⅵ-Ⅷ的工作过程是这样的在微机CPU的控制下，当从CPU向该装置FLASH写入数据时，通过IC30向IC21、IC20、IC19/FLASH1、FLASH2、FLASH3写入同样的数据，当CPU读取该装置FLASH1、FLASH2、FLASH3数据时，FLASH1、FLASH2、FLASH3的数据一方面分别送输出电路IC27、IC28、IC29，但并不同时输出，另一方面FLASH1、FLASH2、FLASH3的数据分别送入表决电路IC22、IC23、IC24，表决电路将FLASH1、FLASH2、FLASH3的数据进行两两比较，比较结果送仲裁电路IC25，在下列情况时，仲裁电路输出之一有效。
RAM3-RAM2比较RAM2-RAM1比较RAM1-RAM3比较IC22/19脚IC23/19脚IC24/19脚IC25输出000 15脚001 14脚010 13脚011 12脚100 11脚101 10脚110 9脚111 7脚当IC22/19、IC23/19、IC22/19输出同时为0时，FLASH1、FLASH2、FLASH3均无错，IC25/15脚输出有效，数据通过输出电路IC27到CPU；当IC22/19输出为0,IC23/19、IC22/19输出为1时，FLASH1错、FLASH2、FLASH3无错，IC25/12有效。当IC22/19、IC23/19输出为1,IC22/19输出为0，FLASH2错、FLASH1和FLASH3无错，IC25/10有效，IC25/12和IC25/19控制IC26/4、5脚，IC26/6脚控制IC28，数据通过输出电路IC28到CPU。
当IC22/19、IC23/19输出为1,IC22/19输出为0时，FLASH2错、FLASH1、FLASH3无错，IC25/9脚输出有效，数据通过输出电路IC29到CPU。IC25/14、13、11、7脚在任何时间处于无效状态。
本装置为解决大容量存储问题，克服了一般电子盘采用12倍FAT方式，软件设计了16位FAT，首次实现了硬盘仿真方式，按照DOS对硬盘的管理方式来处理，使容量可扩展到32M以上，每簇扇区仅4个扇区，使各种专用和通用软件均能在该装置上运行。
实际上，该装置并不存在所谓的扇区，它是一段与硬件直接相关连续的物理存储区，该存储区以512B划分成连续的数据块，并标出每块的页号，这个页号就相当于常规硬盘的逻辑扇区号。
虽然该装置是一段连续的存储区，但实际使用时，采用窗口技术实现的，比如内存地址D800段作为窗口，当从FAT表中取出逻辑扇区号且计算出扇区号所在EPROM芯片的序号，就自动选择该片EPROM或FLASH。
图6是本实用新型软件防护的装置加固型外型图，它是将该装置的印制板装入屏幕外壳中，通过采用高导磁率和高导电率的材料，增强了电磁防护能力，有效地屏蔽了电磁幅射的干扰。不需充电，数据可长久保存，特别适应部队机动作战、野外作业等恶劣环境的需要。包括屏蔽外壳60，正面贴有标记的面板61，一侧面有金手指插头82，另一侧面安装一档板63，并设置一跳线开关64。
使用时，只需将该装置插入微机I/O通道中，就可替代微机硬盘、软盘工作，自动引导系统，运行用户程序。可防、杀病毒，并可完成数据及程序加密，与PC AT总线100％兼容，适应PC/XT/AT286、386、486及Pentium、Pentium Pro各类机型，支持各版本DOS系统。可用于军用和专用、车载、机载和舰载微机系统；办公室自动化、通信网络微机及智能终端；机电一体化产品、PC总线工业控制机；商用收费系统、医疗仪器、气象、铁路、银行微机和无盘微机系统等领域。
权利要求1.一种微机软件的防护装置，包括译码电路、RAM、EPROM存储器，其特征在于还包括比较电路、段选电路、ROM存储器、闪烁存储器FLASH,EPROM、ROM、FLASH的选择电路，其中所说的比较电路与微机I/O通道相连，它的输出端与译码电路相连，译码电路输出端与段选电路及ROM、RAM和EPROM、FLASH的选择电路相连，EPROM、FLASH的选择电路的输出端接在EPROM和FLASH存储器上，EPROM存储器中固化有DOS操作系统和应用程序，且前两个字节存放AAH和55H。ROM存储器中固化有防病毒软件，ROM中前两个字节也为AA和55H。
2.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于还包括写电路，0页选择电路和数据收发器，所说的写电路输入端与I/O通道相连，它的输出端接在段选电路和ROM的选择电路上，0页选择电路输入端与EPROM的选择电路输出端相连，其输出接在EPROM存储器上，数据收发器输入与I/O通道相接，其输出端与EPROM、FLASH、ROM和RAM存储器相连。
3.如权利要求2所述的防护装置，其特征在于还包括转换电路1和转换电路2，锁存器1、2控制电路1、2，其中转换电路1的输入端接在译码电路1和译码电路2上，它的输出与0页控制电路，所说的各存储器的选择电路、控制电路1、控制电路2、ROM和RAM存储器相连；转换电路2的输入端与段选电路相接，它的输出端接在存储器EPROMo-EPROMn和FLASH芯片上。
4.如权利要求1所述的防护装置，其特征在于还包括存储器三取二容错表决电路，它包括与所说的闪烁存储器FLASH0及与其并联的同样的存储器FLASH1、FLASH2、裁决电路1、裁决电路2、裁决电路3、译码电路、输出电路1、输出电路2、输出电路3，其中所说的存储器FLASH0、FLASH1、FLASH2的数据线分别与裁决路1、裁决电路2、裁决电路3相连，裁决电路1～3的输出接在仲裁电路输入端，仲裁电路输出分别接在输出电路1、输出电路2和输出电路3。
专利摘要本实用新型属于微机软件防护技术领域,特别涉及一种磁盘仿真器。包括译码电路、RAM、EPROM存储器,其特征在于还包括比较电路、段选电路、ROM存储器、闪烁存储器FLASH,EPROM、ROM、FLASH的选择电路。本实用新型提供一种结构简单,使用方便的软件防护装置。使其解决微机软件和软件载体的可靠性、安全性、保密性、环境适应性和系统兼容性。
文档编号G06F17/00GK2319857SQ9720171
公开日1999年5月19日 申请日期1997年3月14日 优先权日1997年3月14日
发明者李万志, 李长珍, 牛振有, 黄飞东, 李实 , 肖龙旭, 刘军 申请人:中国人民解放军第二炮兵第三研究所