现场可编程门阵列(FPGA)器件是能通过对其进行编程实现具有用户规定功能的电路，特别适合集成电路的新品开发和小批量ASIC电路的生产。近几年来，FPGA的发展非常迅速，但目前国内厂商所使用的FPGA芯片主要还是从国外进口，这种状况除了给生产厂家带来很大的成本压力以外，同时也影响到国家信息产业的保密和安全问题，因此在国内自主研发FPGA便成为一种必然的趋势。 基于上述现实状况及国内市场的巨大需求，中国电子科技集团公司第58研究所近年来对FPGA进行了专项研究，本论文正是作为58所专项的一部分研究工作的总结。本文深入研究了FPGA的相关设计技术，并进行了实际的FPGA器件设计，研究工作的重点是在华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺基础上进行具有6000有效门的FPGA的电路设计与仿真。 论文首先阐述了可编程逻辑器件的基本结构，就可编程逻辑器件的发展过程及其器件分类，对可编程只读存储器、现场可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用逻辑阵列和复杂PLD等的基本结构特点进行了讨论。接着讨论了FPGA的基本结构与分类及它的编程技术，另外还阐述了FPGA的集成度和速率等相关问题。并根据实际指标要求确定本文研究目标FPGA的基本结构和它的编程技术，在华润上华0.5μm标准CMOS工艺的基础上，进行一款FPGA芯片的设计研究工作。进行了可编程逻辑单元的基本结构的设计，并用CMOS逻辑和NMOS传输管逻辑实现了函数发生器、快速进位链和触发器的电路设计，并对其进行了仿真，达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-18
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AES是美国于2000年10月份确立的高级加密标准，该标准的反馈链路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全数据网络的关键，要保证在公众网上传输的信息不被窃取和偷听，必须对数据进行加密。在不影响网络性能的前提下，快速实现数据加密/解密，对于开发高性能的安全路由器、安全网关等对数据处理速度要求高的通信设备具有重要的意义。 在目前可查询的基于FPGA技术实现AESCBC的设计中，最快的加/解密速度达到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔腾4主频3.06，用汇编语言编写程序，全部资源用于加密解密，最快的加密解密速度可以达到1.4Gbps。但根据国外测试结果表明，即使开发的路由器本身就基于高性能的双64位MIPS网络处理器，软件加密解决方案仅能达到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前几种实现AESCBC的方法有缺点的情况下，在深入研究影响硬件快速实现AESCBC难点基础上，设计出一种适应于报文加密解密的硬件快速实现AESCBC的方案，在设计中采用加密解密和密钥展开并行工作，实现了在线提供子密钥。在解密中采用了双队列技术，实现了报文解密和子密钥展开协调工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真设计方案的基础上，全面验证了硬件实现AESCBC方案的正确性，全面分析了本设计加密解密的性能。并且针对设计中的流水线效率低的问题，提出改善流水线性能的方案，设计出报文级并行加密解密方案，并且给出了硬件实现VPN的初步方案。实现了单一模块加密速度达到1.16Gbps，单一模块解密速度达到900Mbps，多个模块并行工作加密解密速度达到6.4Gbps。 论文最后给出了总结与展望。目前实现的AESCBC算法，只能通过仿真验证其功能的正确性，还需要下载到芯片上做进一步的验证。要用硬件实现整个IPSec，还要进一步开发基于FPGA的技术。总之，为了适应路由器发展的需求，还有很多技术需要研究。
上传时间： 2013-05-29
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随着安全通信数据速率的提高,关键数据加密算法的软件实施成为重要的系统瓶颈.基于FPGA的高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力,并且可以达到所要求的加密处理性能(每秒的SSL或RSA运算次数)基准.网络的迅速发展,对安全性的需要变得越来越重要.然而,尽管网络技术进步很快,安全性问题仍然相对落后.由于FPGA所提供的设计优势,特别是新的高速版本,网络系统设计人员可以在这些网络设备中经济地实现安全性支持.FPGA是实现设计灵活性和功能升级的关键,对于容错、IPSec协议和系统接口问题而言这两点非常重要.而且,FPGA还为网络系统设计人员提供了适应不同安全处理功能以及随着安全技术的发展方便地增加对新技术支持的能力.标准加密/解决以及认证算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被广泛用于全球网络安全系统中.本文介绍了基于PCI总线的加密卡的研制,硬件板卡的结构,着重论述了加密卡上加密模块的实现,即用FPGA实现3DES及IDEA、MD5算法的过程,加密卡的工作原理,加密卡中多种密码算法的配置原理,最后对3DES算法及IDEA、MD5算法的实现进行仿真,并绘制了板卡的原理图,对PCI接口原理进行了阐述.在论文中,首先阐述了数据加密原理.介绍了数据加密的算法和数据加密的技术发展趋势,并重点说明了3DES的算法.由于加密卡的生存空间在于其高速的加密性能与便捷的使用方式,所以,我们的加密卡采用的是基于PCI插槽的结构,遵从的是PCI2.2规范,理解并掌握PCI总线的规范是了解整个系统的重要一环,本文讲述了PCI总线的特点和性能,以及总线的信号.由于遵从高速性的要求,我们在硬件选型的时候,选用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能强,速度也非常快,但目前价格仍然太高,不适合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能适中,价格低廉,产品成熟等特点,是较好的选择.FPGA选用的XILINX公司的XC2V3000,在随后的文章中,我们将会对这些器件特性做相应说明.并由此得出电路原理图的绘制.文章的重点之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA实现,以Xilinx公司VIRTEXII结构的VXC2V3000为例,阐述用FPGA高速实现3DES算法及IDEA、MD5算法的设计要点及关键部分的设计.
上传时间： 2013-04-24
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随着电子技术的发展,当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展.FPGA以其功能强大,开发过程投资少、周期短,可反复修改,保密性能好,开发工具智能化等特点成为当今硬件设计的首选方式之一.由于Intel公司的MCS-51系列单片机被公认为8位机的工业标准,因此,使用FPGA模拟实现8051单片机及其外设的功能便成为大规模复杂数字系统设计中的重要课题.该文首先介绍了FPGA及Xilinx公司关于硬件设计开发的工具ISE系统,继而用VHDL语言编写了8051单片机功能实现的源代码,然后为其设计了与部分外设连接的接口模块,包括8255并行接口、SCI串行接口和KBC键盘接口模块.并将它们封装到一块FPGA之中,最终实现了8051单片机的大部分功能.
上传时间： 2013-07-28
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信息技术的不断发展,对信息的安全提出了更高的要求.在应用公钥密码体制的时候,对密钥长度要求越来越大,处理的速度要求越来越快.而基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制,因其每比特最大的安全性,受到了越来越广泛的注意.椭圆曲线密码体制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速实现也成为一个关注的方面.该文按照确定有限域、选取曲线参数、划分结构模块、优化模块算法、实现模块设计,验证模块功能的顺序进行书写.为了硬件实现上的方便,设计选择了含有Ⅱ型优化正规基的伽略域GF(2191),并在该域上构造了随机的椭圆曲线.根据层次化、结构化的设计思路,将椭圆曲线上的标量乘法运算划分成两个运算层次:椭圆曲线上的运算和有限域上的运算.模块划分之后,利用自底向上的设计思路,主要针对有限域上的乘法运算进行了重要的改进,并对加法群中的标量乘运算的算法进行了分析、证明,以达到面积优化和快速执行的效果.具体设计中,采用硬件描述语言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平台上进行电路设计.完成了各个模块的设计输入和仿真.设计选用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方软件Quartus Ⅱ 2.2进行综合、布局、布线和时序仿真.文中给出了椭圆曲线上的点加、倍点和标量乘法模块的具体设计结构框图.并且根据椭圆曲线的标量乘特点,提出了合适的验证方案.该设计完成了椭圆曲线上的标量乘法运算.设计主要针对资源受限的应用环境:改进了有限域上的乘法运算、使用了没有预处理的标量乘算法.改进后的椭圆曲线标量乘法需要2,741,998个逻辑单元,在100MHz的时钟约束下,运行一次标量乘法运算需要567.69us.该次设计的结果可以直接用来构造椭圆曲线上的签名、验证、密钥交换等算法.
上传时间： 2013-05-24
上传用户：zhuo0008
本文首先分析数字图像压缩技术的实际应用情况，相关的DVB技术标准和测试标准ETR290，进而提出了一个可适用于实际工作环境的语义分析模型框架；并在FPGA开发环境ISE中按照这个语义分析模型框架构造了一个具体的VHDL模型；同时利用工具软件Synplify和modelsim完成软件功能和时序仿真；然后设计相应的硬件测试平台来验证模块功能。针对数字图像技术实际应用环境的特点，本文提出了一种构建在嵌入式硬件平台上的分析模块，可实时分析MPEG-2传输流语法。通过连接TCP/IP网络可实现24小时/7天长时间工作。模块化的设计，使其可以安装于各种设备或实际应用环境中的各关键节点，通过网络传输到统一的服务器；同时该模块可设置成不同的硬件触发模式，使之成为故障传感器。因此，该模块适用于工程开通、快速故障监测、长时间监控等。通过与市场上专业测试设备性能进行比较，在测试精确性方面不占优势，但在达到一定数量级的测试精度后，其廉价、简易和无需维护的特点将呈现巨大的优势。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：源弋弋
汽车在紧急制动过程中易出现很多非稳定因素(诸如侧滑、跑偏、失去转向操纵能力等)，进而导致了相当多的交通事故。这些非稳定因素是由于制动时车轮抱死而产生的，汽车防抱死制动系统ABS(Anti-lockBraking system)可以避免制动时的这些不利因素，缩短刹车距离，保证汽车安全制动。 现代汽车整车控制技术的迅猛发展，迫切需要研制具有自主知识产权的汽车电子产品。研制以汽车防抱死制动系统为代表的高技术含量汽车电子产品，对加速我国汽车产业的技术自主化具有举足轻重的作用。 本文根据防抱死制动系统的工作原理，采用逻辑门限控制算法，选择车轮加速度和滑移率门限来调节制动压力，使车轮的滑移率保持在最佳滑移率附近。以ARM单片机LPC2292为核心，完成了轮速信号调理电路、电磁阀和回液泵电机驱动电路及系统故障诊断等电路的设计，阐述了ABS各功能模块软件的设计思想和实现方法，完成了防抱死制动系统的硬件和软件设计。 本文所设计的汽车防抱死制动系统在昌河CH711A轿车上进行了道路实验，结果表明：汽车防抱死制动控制系统的硬件电路设计合理可行，软件所采用的控制策略正确、有效，系统运行稳定可靠，改善了汽车制动系统性能，完全能够满足汽车安全制动的需要。
上传时间： 2013-07-19
上传用户：ylwleon
矿用隔爆馈电开关是煤矿井下配电系统的关键设备，作为配电开关，用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中，控制和保护低压供电网络。其性能好坏直接影响着煤矿井下的生产安全和生产效率，而目前国内馈电开关普遍存在集成度低、可靠性差、智能监控水平低等缺点。 本课题将嵌入式网络控制系统应用到馈电开关中，通过对矿山供电系统工作原理、真空馈电开关工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210为处理器、ARM7为内核)嵌入式网络控制系统的研究，实现了总体网络拓扑结构的设计和智能馈电开关控制系统硬件电路的设计；通过对嵌入式实时操作系统的移植、嵌入式TCP/IP协议栈的实现和移植以及基于C/S模式下的套接字编程等的研究和分析，完成了监控主机与嵌入式系统的通信软件和保护控制算法的应用程序的编写，从而实现了矿井地面监控主机与井下嵌入式系统馈电开关的快速通信，解决了地面监控主机对井下馈电回路及电气开关的远程智能监控的难题，最终设计出一套集实时保护控制和远程监控功能于一身的智能型馈电开关网络控制系统。 实验结果表明：在嵌入式系统端的通信软件和监控主机端的通信软件的驱动下，实现了嵌入式系统与监控主机的快速远程通信，通信速度快、可靠性高、可视化效果好，完全满足了监控系统的快速通信要求。 本课题的研究成果为工业控制领域提供了一个开放式、全分布、可互操作性的通信控制平台，为提高煤矿井下设备的远程智能监控水平和安全操控系数提供了新的解决方法，为地面监控系统实现更大规模、更深层次地对井下电气设备的集中控制、分散管理奠定了理论和实践基础。
上传时间： 2013-06-25
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温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标。 本文主要研究了基于ARM9架构的嵌入式Linux系统在工业领域中各种炉温控制场合中的应用。目前控制方案主要是采用传统的PLC和单片机进行控制。PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目，灵活性相对不足，并且体积大，成本相对较高；而单片机主要用于小型设备的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特点，但可移植性较差。为了适应信息产业的发展，新技术革新以及产业的专业化现代化的发展，本文针对PLC和单片机控制的优缺点和应用场合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系统相结合的嵌入式温度控制系统，具有系统扩展性强、可靠性高、响应速度快、体积小等特点，为用户提供了一种新型的控制方案。 本文首先论述了嵌入式操作系统的组成，接着设计了温度控制系统的硬件系统，主要包括CPU模块、模拟电路模块、存储模块和通信模块四个部分：在对温度控制系统的软件部分的设计中，主要是针对Boot-Loader的移植、Linux内核移植、根文件系统的定制、驱动程序的编写和应用程序的编写五部分进行设计。 系统功能主要是循环采集AD通道数据，上传AD数据到服务器，接收服务器下发的控制数据包，记录日志等。通过在线运行测试，该系统稳定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生产成本和工人的劳动强度，为安全生产提供保证。
上传时间： 2013-04-24
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矿用隔爆馈电开关是煤矿井下配电系统的关键设备，用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中，控制和保护低压供电网络。其性能好坏直接影响着煤矿井下的生产安全和生产效率。 论文将嵌入式网络控制系统应用到馈电开关中，通过对矿山供电系统工作原理、真空馈电开关工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210为处理器、ARM7为内核)嵌入式网络控制系统的研究，实现了总体网络拓扑结构的设计和智能馈电开关控制系统硬件电路的设计；通过对嵌入式实时操作系统的移植、嵌入式TCP/IP协议栈的实现和移植以及基于C/S模式下的套接字编程等的研究和分析，完成了监控主机与嵌入式系统的通信软件和保护控制算法的应用程序的编写，从而实现了矿井地面监控主机与井下嵌入式系统馈电开关的快速通信，解决了地面监控主机对井下馈电回路及电气开关的远程智能监控的难题，设计完成了一套集实时保护控制和远程监控功能于-身的智能型馈电开关网络控制系统。
上传时间： 2013-05-21
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