The RISC-V platform is one of the leaders in the computer and embedded systems industry. With the increasing use of these systems, the demand for available peripherals for the implementations of this platform is growing. This thesis deals with the FU540-C000 processor from SiFive company, which is one of the implementations of the RISC-V architecture, and its basic peripherals. Based on the analysis, an UART circuit for asynchronous serial communication was selected from the peripherals of this processor. The aim of this master thesis is to design and implement the peripheral in one of the languages for the description of digital circuits, and then create a verification environment, through which the functionality of the implementation will be verified.

This thesis introduces the concept of assertion-based verifi cation of application-specifi c instruction set processors (ASIPs). The proposed design is implemented in SystemVerilog Assertions language as a part of veri fication environment created using Codasip Framework. The implemented concept is simulated in QuestaSim tool using model of Codix RISC processor. Main outcome of this thesis is the verifi cation concept usable not only on other processors, but as a part of system that automates the processor design as well.

Při vývoji současných číslicových systémů, např. vestavěných systému a počítačového hardware, je nutné hledat postupy, jak zvýšit jejich spolehlivost. Jednou z možností je zvyšování efektivity a rychlosti verifikačních procesů, které se provádějí v raných fázích návrhu. V této dizertační práci se pozornost věnuje verifikačnímu přístupu s názvem funkční verifikace. Je identifikováno několik výzev a problému týkajících se efektivity a rychlosti funkční verifikace a ty jsou následně řešeny v cílech dizertační práce. První cíl se zaměřuje na redukci simulačního času v průběhu verifikace komplexních systémů. Důvodem je, že simulace inherentně paralelního hardwarového systému trvá velmi dlouho v porovnání s během v skutečném hardware. Je proto navrhnuta optimalizační technika, která umisťuje verifikovaný systém do FPGA akcelerátoru, zatím co část verifikačního prostředí stále běží v simulaci. Tímto přemístěním je možné výrazně zredukovat simulační režii. Druhý cíl se zabývá ručně připravovanými verifikačními prostředími, která představují výrazné omezení ve verifikační produktivitě. Tato režie však není nutná, protože většina verifikačních prostředí má velice podobnou strukturu, jelikož využívají komponenty standardních verifikačních metodik. Tyto komponenty se jen upravují s ohledem na verifikovaný systém. Proto druhá optimalizační technika analyzuje popis systému na vyšší úrovni abstrakce a automatizuje tvorbu verifikačních prostředí tím, že je automaticky generuje z tohoto vysoko-úrovňového popisu. Třetí cíl zkoumá, jak je možné docílit úplnost verifikace pomocí inteligentní automatizace. Úplnost verifikace se typicky měří pomocí různých metrik pokrytí a verifikace je ukončena, když je dosažena právě vysoká úroveň pokrytí. Proto je navržena třetí optimalizační technika, která řídí generování vstupů pro verifikovaný systém tak, aby tyto vstupy aktivovali současně co nejvíc bodů pokrytí a aby byla rychlost konvergence k maximálnímu pokrytí co nejvyšší. Jako hlavní optimalizační prostředek se používá genetický algoritmus, který je přizpůsoben pro funkční verifikaci a jeho parametry jsou vyladěny pro tuto doménu. Běží na pozadí verifikačního procesu, analyzuje dosažené pokrytí a na základě toho dynamicky upravuje omezující podmínky pro generátor vstupů. Tyto podmínky jsou reprezentovány pravděpodobnostmi, které určují výběr vhodných hodnot ze vstupní domény. Čtvrtý cíl diskutuje, zda je možné znovu použít vstupy z funkční verifikace pro účely regresního testování a optimalizovat je tak, aby byla rychlost testování co nejvyšší. Ve funkční verifikaci je totiž běžné, že vstupy jsou značně redundantní, jelikož jsou produkovány generátorem. Pro regresní testy ale tato redundance není potřebná a proto může být eliminována. Zároveň je ale nutné dbát na to, aby úroveň pokrytí dosáhnutá optimalizovanou sadou byla stejná, jako u té původní. Čtvrtá optimalizační technika toto reflektuje a opět používá genetický algoritmus jako optimalizační prostředek. Tentokrát ale není integrován do procesu verifikace, ale je použit až po její ukončení. Velmi rychle odstraňuje redundanci z původní sady vstupů a výsledná doba simulace je tak značně optimalizována.

This diploma’s thesis discourses the cryptographic systems and ciphers, whose function, usage and practical implementation are analysed. In the first chapter basic cryptographic terms, symmetric and asymetric cryptographic algorithms and are mentioned. Also usage and reliability are analysed. Following chapters mention substitution, transposition, block and stream ciphers, which are elementary for most cryptographic algorithms. There are also mentioned the modes, which the ciphers work in. In the fourth chapter are described the principles of some chosen cryptographic algorithms. The objective is to make clear the essence of the algorithms’ behavior. When describing some more difficult algorithms the block scheme is added. At the end of each algorithm’s description the example of practical usage is written. The chapter no. five discusses the hardware implementation. Hardware and software implementation is compared from the practical point of view. Several design instruments are described and different hardware design programming languages with their progress, advantages and disadvantages are mentioned. Chapter six discourses the hardware implementation design of chosen ciphers. Concretely the design of stream cipher with pseudo-random sequence generator is designed in VHDL and also in Matlab. As the second design was chosen the block cipher GOST, which was designed in VHDL too. Both designs were tested and verified and then the results were summarized.