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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在图像处理、航空航天、遥感测量、现代电子测试等很多领域，要求测试仪器设备能及时保存原始测试数据，用于事后数据分析和处理。同时前端探测器性能的提高，对于各种系统存储容量、体积、造价、稳定性等都提出了更高的要求。因此研制性能可靠、体积小、低成本的数据存储系统是十分必要的。 本文提出基于ARM嵌入式处理器+FPGA结构的高速信号采集与存储系统解决方案。进行了信号采集与存储系统设计。其特点是高性能、低成本、体积小。 文中利用了ARM处理器和FPGA可编程逻辑器件的特点，进行了基于本方案的硬件设计，：FPGA软件设计。叙述了PCB设计以及调试过程中需注意的问题。 系统的硬件设计以ARM和FPGA为平台，ARM处理器采用了Samsung公司的S3C2410，FPGA采用Altera公司的EP2C8。硬件设计围绕着核心芯片，进行了电源设计和ARM和FPGA外围电路设计。 ARM处理器实现了系统的控制；FPGA作为协处理器实现了FIFO，一些接口、时序控制等，协助ARM采集数据。在FPGA中实现硬件电路简化了外围电路，使得设计灵活，开发调试方便，也提高了系统的可靠性。 系统软件操作系统采用的是Linux，基于嵌入式Linux操作系统的特点，分析了系统的实时性。接着进行了Linux平台上基于Qt的用户界面应用程序设计。 最后分析了系统测试结果，并指出存在的问题和改进方法。
上传时间： 2013-07-10
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机械手是自动装配生产线上必不可少的设备，它可以模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配等工作。在减轻人的劳动强度、提高装配质量和提高装配效率等方面，起到了积极的作用。本文基于ARM和FPGA嵌入式系统，开展了机械手控制系统的研发工作，实现了机械手的自动控制。 嵌入式ARM处理器，具有运行速度快、功耗低、程序设计灵活、外围硬件资源丰富等优点，但其普通输入输出口的高低电平变化周期最快只能到1微妙左右，不适合高速输入输出；FPGA芯片高速输入输出数据，时间可缩短至几十纳秒。通过ARM处理器和FPGA技术的有机结合，发挥各自的优势，使系统具有程序设计灵活、以太网通信、大容量存储、高速数据输山、低成本等特点，满足高速机械手自动控制的要求。 本文分析了ARM和FPGA系统，以及机械手控制系统的功能要求；设计硬件模块、接口电路；阐述了系统软件的设计过程，包括启动代码U—BOOT、操作系统μCLinux的移植；并介绍了如何利用便件描述语言VHDL来实现机械手逻辑控制。
上传时间： 2013-04-24
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随着技术的飞速发展,电力电子装置如变频设备、变流设备等容量日益扩大,数量日益增多,使得电网中的谐波污染日益严重,给电力系统和各类用电设备带来危害,轻则增加能耗,缩短设备使用寿命,重则造成用电事故,影响安全生产.电力系统中的谐波问题早在20世纪20年代就引起了人们的注意.近年来,产生谐波的设备类型及数量均已剧增,并将继续增长,谐波造成的危害也日趋严重.该论文分析比较了传统测量谐波装置和基于FPGA的新型谐波测量仪器的特性.分析了基于FFT的谐波测量方法,综述了可编程元器件的发展过程、主要工艺发展及目前的应用情况,并介绍了一种主流硬件描述语言Verilog HDL的语法及其具体应用.分析了高速数字信号系统的信号完整性问题,提出了使用FPGA实现的整合处理器解决高速数字系统信号完整性问题的方法,并比较分析了各种主流的整合处理器解决方案的优缺点.分析了使用实时操作系统进行复杂嵌入式系统软件开发的优缺点,并在该系统软件开发中成功移植应用了实时操作系统UCOSII,改造了该操作系统中内存管理方式.研究了使用FPGA实现FFT算法的优缺点,对比分析了主要硬件实现架构的性能和优缺点,提出了一种基于浮点数的FFT算法FPGA实现架构,详细设计了基于浮点数的硬件乘法器和加法器.该设计架构运行稳定,计算速度快捷.并通过实际仿真验证了该设计的正确性和优越性.最终通过以上工作设计实现了一种新型的基于FPGA的谐波测量仪,该仪器的变送单元和采样单元通过实际型式试验检验,符合设计要求.该仪器的FPGA单元通过系统仿真,符合设计要求.
上传时间： 2013-04-24
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本文首先介绍了直接数字频率合成技术(DDS)的基本原理、体系结构及工作过程，然后针对其关键部分进行了优化，即采用函数近似法对存储表结构（LUT）进行了优化，使存贮位数大大缩小，并提出了一种杂散抑制技术的运用，即相位抖动技术。在对直接数字频率合成（DDS）方法产生的信号进行理论分析的过程中，用matlab进行编程仿真作出了详细的频谱分析验证。本文详细的介绍了本次设计的具体实现过程和方法，将现场可编程逻辑器件（FPGA）和 DDS技术相结合，具体的体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。文章最后给出了实现代码、仿真结果，经过验证，本设计能够达到其预期性能指标。
上传时间： 2013-04-24
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随着通信网的发展和用户需求的提高,光纤通信中的PDH体系逐渐被SDH体系所取代.SDH光纤通信系统以其通信容量大、传输性能好、接口标准、组网灵活方便、管理功能强大等优点获得越来越广泛的应用.但是在某些对传输容量需求不大的场合,SDH的巨大潜力和优越性无法发挥出来,反而还会造成带宽浪费.相反,PDH因其容量适中,配置灵活,成本低廉和功能齐全,可针对客户不同需要设计不同的方案,在某些特定的接入场合具有一定的优势.本课题根据现实的需要,提出并设计了一种基于PDH技术的多业务单片FPGA传输系统.系统可以同时提供12路E1的透明传输和一个线速为100M以太网通道,主要由一块FPGA芯片实现大部分功能,该解决方案在集成度、功耗、成本以及灵活性等方面都具有明显的优势.本文首先介绍数字通信以及数字复接原理和以太网的相关知识,然后详细阐述了本系统的方案设计,对所使用的芯片和控制芯片FPGA做了必要的介绍,最后具体介绍了系统硬件和FPGA编码设计,以及后期的软硬件调试.归纳起来,本文主要具体工作如下:1.实现4路E1信号到1路二次群信号的复分接,主要包括全数字锁相环、HDB3-NRZ编解码、正码速调整、帧头检测和复分接等.2.将以太网MII接口来的25M的MII信号通过码速变换到25.344M,进行映射.3.将三路二次群信号和变换过的以太网MII信号进行5b6b编解码,以利于在光纤上传输.4.高速时提取时钟采用XILINX的CDR方案.并对接收到的信号经过5b6b解码后,分接出各路信号.
上传时间： 2013-07-23
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单片微型计算机(单片机)是将微处理器CPU、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、输入/输出并行接口等集成在一起。由于单片机具有专门为嵌入式系统设计的体系结构与指令系统，所以它最能满足嵌入式系统的应用要求。Intel公司生产的MCS-51系列单片机是我国目前应用最广的单片机之一。 随着可编程逻辑器件设计技术的发展，每个逻辑器件中门电路的数量越来越多，一个逻辑器件就可以完成本来要由很多分立逻辑器件和存储芯片完成的功能。这样做减少了系统的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受欢迎的可编程逻辑器件之一。IP核是将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块，设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。随着FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，使用IP核是一个发展趋势。 本课题结合FPGA与8051单片机的优点，主要针对以下三个方面研究： (1)FPGA开发平台的硬件实现选用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作为核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作为片内程序存储器，搭建FPGA的硬件开发平台。 (2)用VHDL语言实现8051IP核分析研究8051系列单片机内部各模块结构以及各部分的连接关系，实现了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下几个模块：CPU模块、片内数据存储器模块、定时/计数器模块、并行端口模块、串行端口模块、中断处理模块、同步复位模块等。 (3)基于FPGA的8051IP核应用用所设计的8051IP核，实现了对一个4×4键盘的监测扫描、键盘确认、按键识别等应用。
上传时间： 2013-04-24
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H.264/AVC是国际电信联盟与国际标准化组织/国际电工委员会联合推出的活动图像编码标准，简称H.264。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大的提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。 本论文的研究课题是基于H.264/AVC视频编码标准的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自适应可变长编码)编码算法研究及FPGA实现。对于变换后的熵编码，H.264/AVC支持两种编码模式：基于上下文的可变长编码(CAVLC)和基于上下文的自适应算术编码(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，尽管CAVLC算法也是采用了VLC编码，但是同以往标准不同，它所有的编码都是基于上下文进行。这种方法比传统的查单一表的方法提高了编码效率，但也增加了设计上的困难。 作者在全面学习H.264/AVC协议和深入研究CAVLC编码算法的基础上，确定了并行编码的CAVLC编码器结构框图，并总结出了影响CAVLC编码器实现的瓶颈。针对这些瓶颈，对CAVLC编码器中的各个功能模块进行了优化设计，这些优化设计包括多参考块的表格预测法、快速查找表法、算术消除法等。最后，用Verilog硬件描述语言对所设计的CAVLC编码器进行了描述，用EDA软件对其主要功能模块进行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上验证了它们的功能。结果表明，该CAVLC编码器各编码单元的编码速度得到了显著提高且均能满足实时通信要求，为整个CAVLC编码器的实时通信提供了良好的基础。
上传时间： 2013-06-04
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随着微电子技术的快速发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展；人们在要求设备性能不断提升的同时，还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中，也对各武器装备都提出了新的要求，特别是针对单兵配备的便携设备，对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。 在某手持式设备的开发项目中，需要设计一块接口板，要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能，该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线，整个手持设备除了对功能有基本的要求以外，对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求，经过与传统设计方法的比较，决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。 论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分，文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现，并且采用了分模块的设计风格，具有很好的重用性。 为了在硬件平台上验证设计，还实做了FPGA验证平台，并用C语言编写了测试程序。经过验证，该方案完全实现了接口板的功能要求，并且满足体积和功耗上的要求，取得了良好的效果。 论文通过采用FPGA作为电路设计的核心，以一种新的数字电路设计方法实现电路功能；旨在通过这种方式，不断提高设备的性能并拓展设计者思想。
上传时间： 2013-05-21
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DFT(Discrete Fourier Transformation)是数字信号分析与处理如图形、语音及图像等领域的重要变换工具,直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比.当N较大时,因计算量太大,直接用DFT算法进行谱分析和喜好的实时处理是不切实际的.快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,简称FFT)使DFT运算效率提高1~2个数量级.本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模可编程逻辑器件实现FFT的算法.本设计主要采用先进的基-4DIT算法研制一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器.在FFT实时硬件处理器的设计实现过程中,利用递归结构以及成组浮点制运算方式,解决了蝶形计算、数据传输和存储操作协调一致问题.合理地解决了位增长问题.同时,采用并行高密度乘法器和流水线(pipeline)工作方式,并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部,使整个系统的数据交换和处理速度得以很大提高,实际合理地解决了资源和速度之间相互制约的问题.本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计,由于在设计中采用Xilinx公司提供的称为Core的IP功能块极大地提高了设计效率.
上传时间： 2013-06-20
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