随着计算机运算速度的提高和计算机网络的发展，基于离散对数问题和大整数因子分解问题的数字签名算法越来越不能满足信息安全的需要。为了满足信息安全的要求，安全性依赖于椭圆曲线离散对数困难问题(ECDLP)的椭圆曲线密码体制是当前密码学界研究的热点之一。现有的求解ECDLP的算法都是全指数时间复杂度的算法。由于专用集成电路具有速度快、性能好、安全性高等优势，使得采用专用集成电路来实现椭圆曲线密码体制己成为主要趋势。因此，本课题着眼于应用，针对基于椭圆曲线数字签名算法的FPGA实现进行了较为深入的探讨与研究。 本课题从实际应用的需要出发，以初等数论、有限域理论、数字签名技术和椭圆曲线理论为依据，确定了如下基于椭圆曲线数字签名算法的硬件实现方案：首先，对实现基于椭圆曲线数字签名算法所需的算法和技术进行了剖析和系统设计。然后，按照层次化、模块化的设计思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述语言VHDL作为设计输入，对各运算器和控制模块进行电路设计；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具对之进行功能仿真，以保证底层设计的正确性。最后，在确保每个模块的设计正确的前提下，完成电路的总体设计，再进行总体设计的仿真与测试。 本课题对Schnorr数字签名算法的改进，实现了比未改进前的Schnorr数字签名算法平均节省三分之一的运行时间。对基于椭圆曲线数字签名算法的设计也获得了良好的指标：产生签名只需要1ms多的时间，验证签名也需要不到3ms。本课题的研究对实现电子交易安全方面有重要的作用，尤其是在密钥分配、电子货币、电子证券、电子商务和电子政务等领域都有重要的应用价值，其成果具有广泛的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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采用现场可编程门阵列(FPGA)可以快速实现数字电路，但是用于生成FPGA编程的比特流文件的CAD工具在编制大规模电路时常常需要数小时的时间，以至于许多设计者甚至通过在给定FPGA上采用更多的资源，或者以牺牲电路速度为代价来提高编制速度。电路编制过程中大部分时间花费在布线阶段，因此有效的布线算法能极大地减少布线时间。 许多布线算法已经被开发并获得应用，其中布尔可满足性(SAT)布线算法及几何查找布线算法是当前最为流行的两种。然而它们各有缺点：基于SAT的布线算法在可扩展性上有很大缺陷；几何查找布线算法虽然具有广泛的拆线重布线能力，但当实际问题具有严格的布线约束条件时，它在布线方案的收敛方面存在很大困难。基于此，本文致力于探索一种能有效解决以上问题的新型算法，具体研究工作和结果可归纳如下。 1、在全面调查FPGA结构的最新研究动态的基础上，确定了一种FPGA布线结构模型，即一个基于SRAM的对称阵列(岛状)FPGA结构作为研究对象，该模型仅需3个适合的参数即能表示布线结构。为使所有布线算法可在相同平台上运行，选择了美国北卡罗来纳州微电子中心的20个大规模电路作为基准，并在布线前采用VPR399对每个电路都生成30个布局，从而使所有的布线算法都能够直接在这些预制电路上运行。 2、详细研究了四种几何查找布线算法，即一种基本迷宫布线算法Lee，一种基于协商的性能驱动的布线算法PathFinder，一种快速的时延驱动的布线算法VPR430和一种协商A
上传时间： 2013-05-18
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由于其很强的纠错性能和适合硬件实现的编译码算法，卷积编码和软判决维特比译码目前已经广泛应用于卫星通信系统。然而随着航天事业的发展，卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，信息量越来越大。如何在低信噪比的功率受限信道条件下提高传输速率成为目前亟待解决的问题。本论文结合在研项目，在编译码算法、编译码器的设计与实现、编译码器性能提高三个方面对卷积编码和维特比译码进行了深入研究，并进一步介绍了使用VHDL语言和原理图混合输入的方式，实现一种(7,3/4)增信删余方式的高速卷积编码器和维特比译码器的详细过程；然后将设计下载到XILINX的Virtex2 FPGA内部进行功能和时序确认，最终在整个数据传输系统中测试其性能。本文所实现的维特比译码器速率达160Mbps，远远高于目前国内此领域内的相关产品速率。 首先，论文具体介绍了卷积编码和维特比译码的算法，研究卷积码的各种参数(约束长度、生成多项式、码率以及增信删余等)对其译码性能的影响；针对项目需求，确定卷积编码器的约束长度、生成多项式格式、码率和相应的维特比译码器的回归长度。 其次，论文介绍了编解码器的软、硬件设计和调试一根据已知条件，使用VHDL语言和原理图混合输入的方式设计卷积编码和维特比译码的源代码和原理图，分别采用功能和电路级仿真，确定卷积编码和维特比译码分别需要占用的资源，考虑卷积编码器和维特比译码器的具体设计问题，包括编译码的基本结构，各个模块的功能及实现策略，编译码器的时序、逻辑综合等；根据软件仿真结果，分别确定卷积编码器和维特比译码器的接口、所需的FPGA器件选型和进行各自的印制板设计。利用卷积码本身的特点，结合FPGA内部结构，采用并行卷积编码和译码运算，设计出高速编译码器；对软、硬件分别进行验证和调试，并将验证后的软件下载到FPGA进行电路级调试。 最后，论文讨论了卷积编码和维特比译码的性能：利用已有的测试设备在整个数据传输系统中测试其性能(与没有采用纠错编码的数传系统进行比对)；在信道中加入高斯白噪声，模拟高斯信道，进行误码率和信噪比测试。
上传时间： 2013-04-24
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随着人们对无线通信需求和质量的要求越来越高，无线通信设备的研发也变得越来越复杂，系统测试在整个设备研发过程中所占的比重也越来越大。为了能够尽快缩短研发周期，测试人员需要在实验室模拟出无线信道的各种传播特性，以便对所设计的系统进行调试与测试。无线信道仿真器是进行无线通信系统硬件调试与测试不可或缺的仪器之一。 本文设计的无线信道仿真器是以Clarke信道模型为参考，采用基于Jakes模型的改进算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模拟实现了频率选择性衰落信道。信道仿真器实现了四根天线数据的上行接收，每根天线由八条可分辨路径，每条可分辨路径由64个反射体构成，每根天线可分辨路径和反射体的数目可以独立配置。通过对每个反射体初始角度和初始相位的设置，并且保证反射体的角度和相位是均匀分布的随机数，可以使得同一条路径不同反射体之间的非相关特性，得到的多径传播信道是一个离散的广义平稳非相关散射模型(WSSUS)。无线信道仿真器模拟了上行数据传输环境，上行数据由后台产生后储存在单板上的SDRAM中。启动测试之后，上行数据在CPU的控制下通过信道仿真器，然后送达基带处理板解调，最后测试数据的误码率和误块率，从而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141协议中对通信设备测试的要求和无线信道自身的特点，完成了对无线信道仿真器系统设计方案的吸收和修改。 其次，针对FPGA内部资源结构，研究了信道仿真器FPGA实现过程中的困难和资源的消耗，进行了模块划分。主要完成了时延模块、瑞利衰落模块、背板接口模块等的RTL级代码的开发、仿真、综合和板上调试；完成了FPGA和后台软件的联合调试；完成了两天线到四天线的改版工作，使FPGA内部的工作频率翻了一倍，大幅降低了FPGA资源的消耗。 最后，在完成无线信道仿真器的硬件设计之后，对无线信道仿真器的测试根据3GPP TS 25.141 V6.13.0协议中的要求进行，即在数据误块率(BLER)一定的情况下，对不同信道传播环境和不同传输业务下的信噪比(Eb/No)进行测试，单天线和多天线的测试结果符合协议中规定的信噪比(Eb/No)的要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：小杨高1
遗传算法是一种基于自然选择原理的优化算法，在很多领域有着广泛的应用。但是，遗传算法使用计算机软件实现时，会随着问题复杂度和求解精度要求的提高，产生很大的计算延时，这种计算的延时限制了遗传算法在很多实时性要求较高场合的应用。为了提升运行速度，可以使用FPGA作为硬件平台，设计数字系统完成遗传算法。和软件实现相比，硬件实现尽管在实时性和并行性方面具有很大优势，但同时会导致系统的灵活性不足、通用性不强。本文针对上述矛盾，使用基于功能的模块化思想，将基于FPGA的遗传算法硬件平台划分成两类模块：系统功能模块和算子功能模块。针对不同问题，可以在保持系统功能模块不变的前提下，选择不同的遗传算子功能模块完成所需要的优化运算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平台，使用VerilogHDL语言实现了伪随机数发生模块、随机数接口模块、存储器接口/控制模块和系统控制模块等系统功能模块，以及基本位交叉算子模块、PMX交叉算子模块、基本位变异算子模块、交换变异算子模块和逆转变异算子模块等遗传算法功能模块，构建了系统功能构架和遗传算子库。该设计方法不仅使遗传算法平台在解决问题时具有更高的灵活性和通用性，而且维持了系统架构的稳定。本文设计了多峰值、不连续、不可导函数的极值问题和16座城市的旅行商问题 (TSP)对遗传算法硬件平台进行了测试。根据测试结果，该硬件平台表现良好，所求取的最优解误差均在1％以内。相对于软件实现，该系统在求解一些复杂问题时，速度可以提高2个数量级。最后，本文使用FPGA实现了粗粒度并行遗传算法模型，并用于 TSP问题的求解。将硬件平台的运行速度在上述基础上提高了近1倍，取得了显著的效果。关键词：遗传算法，硬件实现，并行设计，FPGA，TSP
上传时间： 2013-06-15
上传用户：hakim
基于过采样和∑-△噪声整形技术的DAC能够可靠地把数字信号转换为高精度的模拟信号(大于等于16位)。采用这一架构进行数模转换具有诸多优点，例如极低的失配噪声和更高的可靠性，便于实现嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量，音频转换，汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 本文采用∑-△结构以FPGA方式实现了一个具有高精度的数模转换器，在24比特的输入信号下，达到了约150dB的信噪比。作为一个灵活的音频DAC实现方案。该DAC可以对CD/DVD/HDCD/SACD等多种制式下的音频信号进行处理，接受并转换采样率为32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字长为16/18/20/24比特的PCM数据，具备良好的兼容性和通用性。 由于非线性和不稳定性的存在，高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本文综合大量文献中的经验原则和方法，阐述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程；并据此设计了达到24bit精度和满量程输入范围的的5阶128倍调制器。本文创新性地提出了∑-△调制器的一种高效率流水线实现结构。分析表明，与其他常见的∑-△调制器实现结构相比，本方案具有结构简单、运算单元少等优点；此外在同样信号采样率下，调制器所需的时钟频率大大降低。 文中的过采样滤波模块采用三级半带滤波器和一个可变CIC滤波器级联组成，可以达到最高128倍的过采样比，同时具有良好的通带和阻带特性。在半带滤波器的设计中采用了CSD编码，使结构得到了充分的简化。 本文提出的过采样DAC方案具有可重配置结构，让使用者能够方便地控制过采样比和调制器阶数。通过积分梳状滤波器的配置，能够获得32/64/128倍的不同过采样比，从而实现对于32～192kHz多种采样率输入的处理。在不同输入字长情况下，通过调制器的重构，则可以将调制器由高精度的5阶模式改变为功耗更低的3阶模式，满足不同分辨率信号输入时的不同精度要求。这是本文的另一创新之处。 目前，该过采样DAC已经在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件实现和验证。测试表明，对于从32kHz到192kHz的不同输入信号，该DAC模块输出1比特码流的带内信噪比均能满足24比特数据转换应用的分辨率要求。
上传时间： 2013-07-08
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现场可编程门阵列(FPGA)是一种可实现多层次逻辑器件。基于SRAM的FPGA结构由逻辑单元阵列来实现所需要的逻辑函数。FPGA中，互连线资源是预先定制的，这些资源是由各种长度的可分割金属线，缓冲器和．MOS管实现的，所以相对于ASIC中互连线所占用的面积更大。为了节省芯片面积，一般都采用单个MOS晶体管来连接逻辑资源。MOS晶体管的导通电阻可以达到千欧量级，可分割金属线段的电阻相对于MOS管来说是可以忽略的，然而它和地之间的电容达到了0.1pf[1]。为了评估FPGA的性能，用HSPICE仿真模型虽可以获得非常精确的结果，但是基于此模型需要花费太多的时间。这在基于时序驱动的工艺映射和布局布线以及静态时序分析中都是不可行的。于是，非常迫切地需要一种快速而精确的模型。 FPGA中连接盒、开关盒都是由MOS管组成的。FPGA中的时延很大部分取决于互连，而MOS传输晶体管在互连中又占了很大的比重。所以对于MOS管的建模对FPGA时延估算有很大的影响意义。对于MOS管，Muhammad[15]采用导通电阻来代替MOS管，然后用。Elmore[3]时延和Rubinstein[4]时延模型估算互连时延。Elmore时延用电路的一阶矩来近似信号到达最大值50％时的时延，而Rubinstein也是通过计算电路的一阶矩估算时延的上下边界来估算电路的时延，然而他们都是用来计算RC互连时延。传输管是非线性器件，所以没有一个固定的电阻，这就造成了Elmore时延和Rubinstein时延模型的过于近似的估算，对整体评估FPGA的性能带来负面因素。 本论文提出快速而精确的现场可编程门阵列FPGA中的互连资源MOS传输管时延模型。首先从阶跃信号推导出适合50％时延的等效电阻模型，然后在斜坡输入的时候，给出斜坡输入时的时延模型，并且给出等效电容的计算方法。结果验证了我们精确的时延模型在时间上的开销少的性能。 在岛型FPGA中，单个传输管能够被用来作为互连线和互连线之间的连接，或者互连线和管脚之间的连接，如VPR把互连线和管脚作为布线资源，管脚只能单独作为输入或者输出管脚，以致于它们不是一个线网的起点就是线网的终点。而这恰恰忽略了管脚实际在物理上可以作为互连线来使用的情况(VPR认为dogleg现象本身对性能提高不多)。本论文通过对dogleg现象进行了探索，并验证了在使用SUBSET开关盒的情况下，dogleg能提高FPGA的布通率。
上传时间： 2013-07-24
上传用户：yezhihao
FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前广泛使用的一种可编程器件，FPGA的出现使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)产品的上市周期大大缩短，并且节省了大量的开发成本。目前FPGA的功能越来越强大，满足了目前集成电路发展的新需求，但是其结构同益复杂，规模也越来越大，内部资源的种类也R益丰富，但同时也给测试带来了困难，FPGA的发展对测试的要求越来越高，对FPGA测试的研究也就显得异常重要。 本文的主要工作是提出一种开关盒布线资源的可测性设计，通过在FPGA内部加入一条移位寄存器链对开关盒进行配置编程，使得开关盒布线资源测试时间和测试成本减少了99％以上，而且所增加的芯片面积仅仅在5％左右，增加的逻辑资源对FPGA芯片的使用不会造成任何影响，这种方案采用了小规模电路进行了验证，取得了很好的结果，是一种可行的测试方案。 本文的另一工作是采用一种FPGA逻辑资源的测试算法对自主研发的FPGA芯片FDP250K的逻辑资源进行了严格、充分的测试，从FPGA最小的逻辑单元LC开始，首先得到一个LC的测试配置，再结合SLICE内部两个LC的连接关系得到一个SLICE逻辑单元的4种测试配置，并且采用阵列化的测试方案，同时测试芯片内部所有的逻辑单元，使得FPGA内部的逻辑资源得完全充分的测试，测试的故障覆盖率可达100％，测试配置由配套编程工具产生，测试取得了完满的结果。
上传时间： 2013-06-29
上传用户：Thuan
基于嵌入式技术的远程监控系统可以达到动态、无死角的监控目的，可以对一些特殊环境进行远程监视和控制，且不受湿度、温度等条件的影响，广泛应用于军事、交通、智能家居、医疗监护等多个领域。可以解决传统监控系统将图像采集设备固定在一个地方而使监控范围有限，适用场合少等弊端。 本文设计了一款基于ARM和FPGA的远程监控系统。首先在对远程监控系统功能分析的基础上，设计了以ARM为主控制器和FPGA为辅助控制器的硬件电路，采用ARM芯片控制图像采集、速度采集、网络传输等干扰小的模块，采用FPGA芯片控制电机驱动、舵机驱动、电池监控等干扰大的模块，大大提高了系统的稳定性；其次设计了基于WinCE操作系统的图像采集、GPIO、PWM、外中断EINT-19的流接口驱动程序；同时设计了基于WinCE操作系统的图像采集及压缩、网络通信、车模速度采集的应用程序；FPGA内部逻辑电路采用Verilog语言完成电源监控、舵机控制、直流电机控制等功能。 本系统集图像采集和压缩、运动控制、网络传输于一体。其图像采集速度达30帧/秒，图像分辨率达640x480，JPEG压缩比达10：1，控制命令响应时间为1s，网络传输速率达10Mbps。其功能扩展容易，功耗低，体积小，抗干扰能力强，具有很好的市场前景。
上传时间： 2013-06-18
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随着科学技术水平的不断提高，数字集成电路被广泛应用。通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是计算机与外围设备互连的标准接口之一，是一种点对点的通信接口，可同时支持多个外围设备。USB2.0规范的通信速率非常高，其峰值可达480Mbit/s，使得它已经成为目前最流行的外设接口标准。FPGA芯片是今后电子产品发展的趋势，带有USB接口的FPGA系统将有很好的市场需求和发展前景。 论文主要从研究FPGA的结构、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引脚功能、了解FPGA开发流程、熟悉USB2.0的通信协议以及驱动的一些基本知识入手，目的是完成带有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA内部程序的编写以及USB固件的开发。结合了Cypress公司的上位机，开发了基于USB接口的FPGA和PC机通信系统，能够进行数据传输。论文研究了Xilinx的3S400芯片的内部结构和各个引脚的功能，设计了关于Xilinx的3S400最小系统电路图，在Xilinx的FPGA的开发环境，编写了FPGA的代码。由于FPGA内嵌的USB2.0的内核价格昂贵，需要向生产FPGA的芯片厂商购买，因此论文选择了外接USB芯片，虽然增加了PCB板的面积，但其开发成本较低，且技术成熟，大多数USB通信研究者进行广泛研究。论文在详细介绍了USB2.0的通信协议，Cypress公司生产的CY7C68013芯片的结构，以及其固件的开发基础上，开发了基于FPGA的USB与PC机的通信系统，该通信系统可以和上位机进行点对点的数据传输，为大批量的数据通信产品的开发提供了研究和生产的基础。
上传时间： 2013-07-26
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