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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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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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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本文研制了一种基于社区和家庭，以家庭为核心的“家庭——社区医院——中心医院”的三层体系结构的远程家庭监护系统。该系统主要包括家庭端的远程家庭监护智能终端和远端的医院监护中心两部分，其中，家庭端的远程家庭监护智能终端的软硬件实现是本文的重点和关键。 给出了远程家庭监护智能终端的硬件结构和软件体系的总体设计方案。远程家庭监护的硬件平台，以Philips的ARM内核的32位嵌入式微处理器LPC2214为控制核心，外围扩展蓝牙模块、ISP1160 USB主机模块、10M以太网通信模块、CF卡存储模块和液晶显示模块等模块实现。对各硬件模块的设计实现做了详尽的论述。在硬件平台的基础上，移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，按照操作系统、中间件程序和应用程序的分层软件体系结构，设计实现了远程家庭监护智能终端的软件，使得软件更易维护和升级。 对家庭监护终端的软件实现进行了详细的论述。设计实现了各硬件模块的驱动程序、通信协议和应用程序。整个应用程序按功能划分为9个任务，由操作系统内核进行调度，提高了系统的可靠性和实时性。应用程序实现了友好的人机界面和生理信号的自动分析功能。重点研究了ECG信号自动分析诊断算法，应用自适应模板法，实现了疾病自动分析诊断功能，能够实现10种常见心律异常的自动分析诊断。 远程家庭监护智能终端系统可实现对病人心电、血压、血糖、体温、呼吸率和血氧饱和度等参数的实时远程监护，可根据病人的情况定制要监护的参数，具有良好的可扩展性和灵活性。远程家庭监护终端，通过蓝牙模块以无线方式采集病人的心电和体温参数，通过USB主机下行口连接其他生理参数模块采集血压等参数。所采集的参数经终端分析处理后，可在液晶上显示生理参数值及结果，并可通过局域网传送到监护中心服务器，供社区医院监护医生分析诊断。在病人出现生理异常时，家庭监护智能终端能够给出初步诊断结果并发出报警。监护服务器收到报警后提醒监护医生给出诊断结果，并将诊断结果反馈到家庭监护终端显示，使病人能够得到及时救治。
上传时间： 2013-06-06
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软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，已成为现代电力电子技术研究的热点之一。微处理器的出现促进了电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制转向数字控制，数字控制技术可使控制电路大为简化，并能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS PWM DC/DC变换器，其反馈控制采用数字化方式。 论文分析了该新型变换器的工作原理，推导了变换器各种状态时的参数计算方程；设计了以ARW芯片LPC2210为核心的数字化反馈控制系统，通过软件设计实现了PWM移相控制信号的输出；运用Pspice9.2软件成功地对变换器进行了仿真，分析了各参数对变换器性能的影响，并得出了变换器的优化设计参数；最后研制出基于该新型拓扑和数字化控制策略的1千瓦移相控制零电压零电流软开关电源，给出了其主电路、控制电路、驱动电路、保护电路及高频变压器等的设计过程，并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。 理论分析与实验结果表明：该变换器拓扑能实现超前桥臂的零电压开关，滞后桥臂的零电流开关；采用ARM微控制器进行数字控制，较传统的纯模拟控制实时反应速度更快、电源稳压性能更好、外围电路更简单、设计更灵活等，为实现智能化数字电源创造了基础，具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
上传时间： 2013-08-03
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近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用，各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用(OFDM)技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落，多入多出(MIMO)利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统(B3G)的关键技术，是当今移动通信领域研究的热点。 本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术--数字下变频，OFDM同步、解调进行了相关研究，在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了数字下变频，OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试，验证了该设计的正确性。 本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点，然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术，即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一，其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为基带信号，降低数据率，以供后续DSP器件作进一步处理。 在数字下变频器的设计和实现方面，本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构，然后根据系统要求对其进行了设计，并在实现上作了一些简化，节约了硬件资源。 在对时间同步的设计和实现方面，本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算，更有效的利用了同步数据，达到了更好的同步性能。 在OFDM的频率同步的设计和实现方面，本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值，并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声，提高频率估计精度，并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：heminhao
光纤陀螺仪是激光陀螺的一种，它采用的是Sagnac干涉原理，以激光作为光源，用光纤构成环形光路并检测出由正反时针沿光纤传输的两束光，随光纤环转动而产生的两路激光束之间的相位差，由此计算出旋转的角速度。本论文所讨论的干涉型闭环光纤陀螺的实现是基于DSP和PGGA两个数字器件所搭建起来的，本章围绕着这两个器件来说明整个闭环光纤陀螺的构成和工作原理。在整个系统中，DSP和PGGA分别担任同的角色，分别完成不同的功能。总的说来，PGGA主要实现整个系统的时序控制和闭环回路，以及为DSP提供原始滤波数据；而DSP主要的工作是从PGGA那里取来第一个加法器输出的数据作为原始数据，再对数据进行滤波处理，最后的处理结果作为转速的信息送给捷联惯导系统。文章主要围绕着如何提高陀螺的灵敏性能和稳定性来展开。分别从软件和硬件两个方面来讨论如何提高陀螺的性能。软件方面主要讨论了前端采样信号处理；陀螺转速信息的滤波输出以及闭环的调节。硬件方面主要讨论了如何提高系统的稳定性、减小干涉信号的噪声以及如何处理好DSP和PGGA之间的通信问题。 实践表明，运用文中所讨论的方法，陀螺的灵敏度和稳定性都有一定的提高，理论和方法切实有效。
上传时间： 2013-04-24
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-04-24
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