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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常模信号是一类非常重要的信号，而专门应用于常模信号的常模算法[1]具有复杂度较低、实现起来比较简单、对阵列模型的偏差不敏感等显著的优点。因此，常模算法引起了众多学者的广泛关注。近年来，常模算法在多用户检测领域[2]的研究越来越受到诸多学者的关注。不仅如此，常模算法在其他领域也是备受瞩目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等领域的应用也是目前研究的热点。除此之外，常模算法已经不仅仅局限在应用于常模信号，也可应用于多模信号[3]等。 本文对常模算法在多用户检测领域的应用以及FPGA[4]实现作了较多的研究工作，共分六章进行阐述。第一章为绪论，介绍了论文相关背景和本文的结构；第二章首先对常模算法作了理论分析，并改进了传统的2-2型常模算法，我们称之为M2-2CMA，它在误码率性能上有一些改善；之后在MATLAB平台上搭建了仿真平台，分析了常模算法在多用户检测中的应用；第三章研究了相关文献，简单介绍了FPGA概念及其设计流程和设计方法，并对VerilogHDL以及Quartus软件做了简要介绍；第四章则详细介绍了常模算法的FPGA实现，用一种基于统计数据的方法确定了数据位长及精度，提出了其实现的系统框图，并详细阐述了各主要模块的设计与实现，同时给出了最后的报告文件以及最高数据处理速度；第五章则在MATLAB平台和QuartuslI的基础上搭建了一个仿真平台，借助于平台分析了2-2型常模算法移植到FPGA平台后的性能，对不同的精度对系统性能的影响做了讨论，也统计了不同信噪比、多址干扰下的误码率性能。最后一章是对全文的总结和对未来的展望。
上传时间： 2013-06-23
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
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软件无线电是无线电领域研究的热点。现阶段限于硬件的发展水平，大多采用宽带中频带通采样数字化结构，数字中频技术就成为实现该结构的关键技术。目前FPGA器件在数字信号处理技术的实现方面发挥着越来越重要的作用。本文目的正是要把这两者相结合，使数字中频处理在FPGA中得到实现，满足具体的应用要求。 首先，对软件无线电体系和数字中频处理结构进行了研究；其次，在信号采样理论、多速率数字信号处理理论、滤波器设计理论、FPGA硬件数字算法等理论的基础上，结合本文的应用需要，提出了适合于FPGA实现的数字化中频处理的系统方案：采用多相结构来高效的实现抽取，并用FIR滤波器作为低通抗混叠滤波器来实现6倍抽取的抗混叠滤波。对系统进行了Matlab仿真，以验证系统方案的可行性。再次，具体通过Vefilog编程在FPGA中硬件实现该数字中频系统。其中包括混频器模块、抽取滤波器模块、信号产生器模块。 最后对该系统进行了软件仿真和硬件功能验证，结果表明数字中频系统性能达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-26
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随着现代互联网规模的不断扩大，网络数据流量迅速增长，传统的路由器已经无法满足网络的交换和路由需求。当前，新一代路由器普遍利用了交换式路由技术，通过使用交换背板以充分利用公共通信链路，有效的提高了链路的利用率，并使各通信节点的并行通信成为可能。硬件系统设计中结合了专用网络处理器，可编程器件各自的特点，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件结构模块化的设计方法。基于ASIC技术体系的GSR的出现，使得路由器的性能大大提高。但是，这种路由器主要满足数据业务(文字，图象)的传送要求，不能解决全业务(语音，数据，视频)数据传送的需要。随着网络规模的扩大，矛盾越来越突出，而基于网络处理器技术的新一代路由器，从理论上提出了解决GSR所存在问题的解决方案。 基于网络路由器技术实现的路由器，采用交换FPGA芯片硬件实现的方式，对路由器内部各种单播、多播数据包进行路由转发，实现网络路由器与外部数据收发芯片的数据通信。本文主要针对路由器内部交换FPGA芯片数据转发流程的特点，分析研究了传统交换FPGA所采用的交换算法，针对简单FIFO算法所产生的线头阻塞现象，结合虚拟输出队列(VOQ)机制及队列仲裁算法(RRM)的特点，并根据实际设计中各外围接口芯片，给出了一种消除数据转发过程中出现的线头阻塞的iSLIP改进算法。针对实际网络单播、多播数据包在数据转发处理过程的不同，给出了实际的解决方案。并对FPGA外部SSRAM包缓存带宽的利用，数据转发的包乱序现象及FPGA内部环回数据包的处理流程作了分析并提出了解决方案，有效的提高了路由器数据交换性能。 根据设计方案所采用的算法的实现方式，结合FPGA内部部分关键模块的功能特点及性能要求，给出了交换FPGA内部可用BlockRam资源合理的分配方案及部分模块的设计实现，满足了实际的设计要求。所有处理模块均在xilinx公司的FPGA芯片中实现。
上传时间： 2013-04-24
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在船舶交管系统中，雷达信息处理是最重要的组成部分。视频回波处理中的杂波处理要求实时性很高，大约要在一个距离单元的时间(0.05-0.1us)内完成。杂波处理如恒虚警处理本身比较复杂，这类处理过程又要求快速，图像显示系统要求及时的把接收到的雷达方位数据从极坐标转换成直角坐标。在软件上实现这些算法虽然精度可以达到，但是实时性问题不能满足。因此这类问题多采用高速专用数字设备来实现。FPGA在数字信号处理领域有非常广阔的应用前景，以其优良的性能在数字信号处理中发挥了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度实现一些函数和运算。针对以上几点，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA来实现雷达信号处理和图像显示的算法研究，用硬件来实现正弦、余弦、正切、乘法、除法、指数和对数等基本函数和运算，把他们设计成为可重用的IP core，这样可以满足实时性和精度的问题。从而在将来的算法研究中方便的调用，这样在算法研究中可以节约大量的时间，在一定程度上降低研究的难度。 围绕雷达信号处理和图像显示，本次课题设计主要做了如下工作： 1．对CORDIC算法进行分析和研究，以及它在雷达信号处理和图像显示中的影响。 2．成功用硬件描述语言在Xilinx公司软件ISE的环境下编写代码，在Synplify和Modelsim上做了综合和仿真。 3．对实验结果进行精度和速度分析。 4．对雷达信号处理和图像显示的相关算法进行分析和研究。 5．从实例分析IP core的特点，对算法研究的影响和IP core在雷达信号处理和图像显示中的应用。 最终在实践环节，成功利用CORDIC算法，在FPGA上实现可重用的IP core，这些IP core能够以很高的精度实现一些基本函数和运算，在雷达信号处理与图像显示中起到很大的作用。
上传时间： 2013-07-16
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基于布里渊散射的分布式光纤传感器是当前国内外研究的热点。本文介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的的原理、应用；布里渊时域反射技术(BOTDR)和布里渊时域分析技术(BOTDA)的原理。 受激布里渊散射(SBS)的过程中，入射光和散射光满足耦合振幅方程组。我们对该方程组采用有限差分法进行数值计算，并用Matlab模拟计算过程，对布里渊散射信号进行分析。 根据布里渊散射信号的特点，我们采用基于Morlet小波变换的DSP信号算法来处理 BOTDR传感信号。通过对该算法的核心单元——快速傅立叶变换(FFT)的硬件实现，我们在Stratix FPGA上实现了基于Morlet小波变换的DSP算法的硬件电路设计。 最后，在此基础上，我们对电路功能进行实际的仿真和验证，并和Matlab得到结果进行比较和分析。
上传时间： 2013-07-22
上传用户：牛布牛
随着微电子技术的发展，国内外红外成像技术也得到了广泛的应用和研究。各国军方针对现代战争和未来信息战的新形势，对热成像技术提出了更高的要求，希望今后能研制出性能更佳、体积更小、分辨率和灵敏度更高、作用距离更远、价格更低的红外成像系统。 CCD 成像系统的关键技术是 CCD 器件设计和图像处理。本课题通过对CCD 图像处理技术的研究，采用嵌入式 Nios Ⅱ+FPGA 的工作方式，充分发挥嵌入式 Nios Ⅱ处理器灵活性和 FPGA 处理速度快的优点，构建出结构灵活、处理速度高以及功能完善的图像处理系统。该系统能同时实时实现两点校正算法、加权滤波算法、对比度增强算法以及疵点补偿等多项功能。 本系统成功应用于国内某研究所研制的目前国内最大型面阵 (PtSi 512×512) CCD 焦平面探测器成像组件中，得到了良好的成像效果；同时，由该处理系统构成的 InGaAs 成像组件也处于国内领先水平。从长远来看，该项技术应用于中电 44 所多种成像组件项目的研究中，推动了 PtSi 256×256、PtSi 512×512 焦平面探测器成像组件以及 4096×96TDI CCD 成像组件的工程化应用进程。
上传时间： 2013-05-22
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数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。常用的实现高速数字信号处理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、逻辑实现能力强、速度快、设计灵活性好等众多优点，尤其在并行信号处理能力方面比DSP更具优势。在信号处理领域，经常需要对多路信号进行采集和实时处理，为解决这一问题，本文设计了基于FPGA的数据采集和处理系统。 本文首先介绍数字信号处理系统的组成和数字信号处理的优点，然后通过FFT算法的比较选择和硬件实现方案的比较选择，进行总体方案的设计。在硬件方面，特别讨论了信号调理模块、模数转换模块、FPGA芯片配置等功能模块的设计方案和硬件电路实现方法。信号处理单元的设计以Xilinx ISE为软件平台，采用VHDL和IP核的方法，设计了时钟产生模块、数据滑动模块、FFT运算模块、求模运算模块、信号控制模块，完成信号处理单元的设计，并采用ModelSim仿真工具进行相关的时序仿真。最后利用MATLAB对设计进行验证，达到技术指标要求。
上传时间： 2013-07-07
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