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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加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
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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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随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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随着图像处理和模式识别技术的进步，基于生物特征的识别技术成为蓬勃发展的高技术之一，根据IBG(InternationalBiometricGroup)组织对生物特征市场的统计和预测，该领域的收入的年增长率30-50％，到2008年，全球总收入将达到46.39亿美元。而基于指纹特征的识别技术由于其独特的可靠性，稳定性，方便快捷的特点，恰好符合了市场的需求。目前指纹识别技术是生物识别领域中应用最广泛的识别技术，也是研究与应用的一个热点。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入FPGA内部，与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较，嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速性、恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。 本文对指纹识别技术中各个环节的算法进行了较为深入的研究，结合NiosⅡ嵌入式处理器的特点，对算法进行了合理的选择与优化，形成了一套完整的指纹识别算法，并提出了一种基于FPGA的指纹识别系统硬件设计方案。 论文的内容主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、后处理和匹配算法进行了改进，提高了算法的性能；设计了一种适用于快速匹配的指纹特征数据结构；提出了一套基于特征点匹配的指纹识别算法。实验结果表明该算法速度快、误识率较低、可靠性较高，可以满足实用的要求。 2、本着增加系统集成度、减小系统体积、提高便携性、降低功耗和成本，同时提升系统的性能的原则，使用Altera公司提供的外围设备IP核配合NiosⅡ处理器软核搭建了一个单片嵌入式系统，然后以内嵌NiosⅡ软核的FPGA和FPS200指纹采集器为核心芯片，外配片外RAM和Flash存储器以及小键盘和LCD显示屏等器件，设计了一个便携式指纹识别系统，提出了一套基于FPGA的硬件设计方案。 3、利用NiosⅡ开发板对硬件设计方案进行了初步的验证，实现了指纹采集芯片FPS200与FPGA的接口，并进行了算法的移植。 实验结果表明本文所提出的系统设计方案是可行的。基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、体积、扩展性方面有着独特的优势，具有广阔的发展空间。最后提出了对这一设计继续改进的思路和下一步研究的内容。
上传时间： 2013-07-28
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本文主要研究Turbo码的编码和译码算法及其FPGA硬件实现.在概述信道编码理论及其发展历程之后,简要地论述了Turbo码的原理.然后分别对Turbo码的MAP译码算法,LOG-MAP算法进行推导,在给出LOG-MAP的推导之后,提出了对于LOG-MAP译码算法的两点改进,采用三阶牛顿插值函数对校验函数进行拟合,采用双滑动窗口技术取代传统的单滑动窗口技术.Turb码还有一种译码复杂度相对较低的算法——SOVA算法,本文也给出了SOVA算法的详细推导过程.在对LOG-MAP和SOVA算法的详细推导之后,本文给出Turbo码的软件仿真,采用Matlab语言编写Turbo码仿真系统程序,仿真系统比较了单滑动窗口技术和双滑动窗口技术在不同的信噪比下的译码性能.在软件仿真的基础上,本文给出了Turbo码编码器和采用LOG-MAP译码算法译码器的FPGA硬件实现方法.
上传时间： 2013-06-19
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随着超声检测理论逐渐成熟，以及现代集成电路的快速发展，超声检测技术以其快速、准确、无污染、低成本等特点，成为国内外应用广泛、发展迅速、使用频率最高的一种无损检测技术。其中超声仪器的发展水平直接影响着超声检测技术的发展。数字化、图像化、小型化和实时化等是超声检测仪器的发展趋势。传统的超声检测系统中，PC机存在难以适应恶劣的工作环境，体积大，携带不方便，功耗大，数据传输率不高等问题，并且大部分便携式超声探伤仪缺乏对复杂数字信号处理算法的支持，因此开发与设计一种高性能、小型化的便携式超声探伤检测系统尤为重要。 ARM的数字信号处理能力和DSP的系统控制能力都有其各自弱点，所以文中提出了一种基于ARM与DSP双CPU方案的便携式超声探伤仪，充分利用了ARM与DSP的处理性能，接口简单。ARM利用DSP的主机接口与DSP通信，不会打断DSP的正常运行。本方案为复杂的信号处理算法提供硬件支持，可以有效的提高便携式超声探伤仪器的信号处理能力。 超声探伤回波中的缺陷信号往往与系统的电噪声、金属组织噪声混在一起，影响超声检测回波的信噪比。粗晶材料由于其微观结构对超声的强烈散射，造成严重的材料噪声和信号衰减，致使超声检测灵敏度和信噪比严重下降。目前，对粗晶材料的检测仍然是超声检测技术的一大难题。采用信号处理技术提高超声检测能力和信噪比是无损检测领域的重要研究课题。本文在设计具备复杂信号处理能力的便携式探伤仪的基础上，进行了适合在便携式仪器上实现的小波变换算法的研究，尝试提高便携式仪器对粗晶材料缺陷的检测能力。
上传时间： 2013-04-24
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本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手，研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点，对AES算法进行了优化设计，提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法，在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计；在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展，即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥，并把下一轮的密钥暂存在SRAM里，使得密钥扩展与加/解密运算并行执行；加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作，同时为了使加密代码在解密代码中可重用，节省硬件资源，在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计，基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境，提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案，总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则，在集成开发环境下对算法进行了实现，分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果，并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法，使算法具有较高的加密速度。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：liansi
随着计算机技术的发展，机器视觉在工农业生产和国防等领域已得到成功的应用，利用机器视觉进行检测更是其典型应用。根据运行环境的不同，机器视觉系统可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。由于这两种系统成本都相对较高、软硬件系统相对复杂、体积相对较大，因此，在应用中受到一定的限制。嵌入式系统是当前发展迅速的热门技术，具有体积小、价格低、开发环境简单、运用灵活、现场运行可靠等优点。因此，将机器视觉技术建立在嵌入式系统平台上不仅是机器视觉的发展趋势，同时也实现了两者的优势互补。 在现代工程领域，常常需要检测各种振动。相对传统方法而言，视觉测振技术具有明显优点。本文主要研究了在ARM平台上利用机器视觉技术进行振动检测的相关技术及方法。 根据嵌入式机器视觉系统的特点，本文分析了摄像系统标定的方法，建立空间物体的实际位置与图像上点的对应关系，并改进数据处理的方法，提高标定的精度。分析了目前常用的图像处理方法，根据系统平台实际工作能力，设计了有针对性的处理算法，提高图像处理的效率；为了方便对被测对象的识别和跟踪，采用基于颜色阈值的分割技术，从而有效地降低了对系统测量环境、光照条件等的要求，提高了系统的适应性。 本文以二维振动物体为被测对象，利用机器视觉技术，对低频小振幅的二维振动进行了检测，并对振动信号进行分析。实验证明利用视觉技术检测振动的可行性和可靠性。
上传时间： 2013-04-24
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GPS技术在导航、定位及精确打击等方面产生了重要影响，已经广泛地应用在各种武器平台上。但是，在干扰环境下也显现出许多问题。由于其到达地球表面的信号极其微弱(-160dBW)，在现在复杂的电磁环境中容易受到干扰，尤其是C/A码信号更易受到干扰，并且随着导航战的发展对GPS的抗干扰已成为争取导航资源的有效措施。因此，研究干扰环境下的GPS接收机设计具有重要意义。 本文首先简要介绍了GPS信号的结构及构成，通过对GPS信号特征以及接收机抗干扰能力的分析，结合干扰对接收机的作用方式及效果，确定GPS最易受的干扰类型为阻塞式干扰，然后针对这种干扰类型提出了一种有效的抗干扰技术-----自适应调零天线技术。接下来，着重研究了GPS接收机在此抗干扰技术前提下的若干抗干扰方法，并对其进行了详细的分析和讨论。 研究过程中，通过对最佳化准则和空域自适应滤波的理解，首先对不同天线阵列结构进行了性能仿真和比较分析，然后在对称圆形天线阵列的基础上对空域自适应算法进行了仿真分析，针对其自由度有限的问题接着对空时滤波方法做了详细讨论，在7元对称圆形阵列的基础上仿真说明了二者各自的优缺点。考虑到实际的干扰环境和本课题研究的初期阶段，因此选用了适合本课题干扰环境的空域滤波方法，并对其自适应算法进行了适当的改进，使得其抗干扰性能获得了一定程度的改善。 最后，详细说明了该接收机抗干扰模块的FPGA实现原理。详细给出了顶层及各子模块的设计流程与RTL视图，实验结果验证了该算法的有效性。
上传时间： 2013-06-03
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