2000年10月2日，美国国家标准与技术研究所宣布采用Rijndael算法作为高级加密标准，并于2002年5月26日正式生效，AES算法将在今后很长一段时间内，在信息安全中扮演重要角色。因此，对AES算法实现的研究就成为了国内外的热点，会在信息安全领域得到广泛的应用。用FPGA实现AES算法具有快速、灵活、开发周期短等优点。 本论文就是针对AES加、解密算法在同一片FPGA中的优化实现问题，在深入分析了AES算法的整体结构、基本变换以及加、解密流程的基础上，对AES算法的加、解密系统的FPGA优化设计进行了研究。主要内容为： 1．确定了实现方案以及关键技术，在比较了常用的结构后，采用了适合高速并行实现AES加、解密算法的结构——内外混合的流水线结构，并给出了总体的设计框图。由于流水线结构不适用于反馈模式，为了达到较高的运算速度，该系统使用的是电码本模式(ECB)的工作方式； 2．对各个子模块的设计分别予以详细分析，结合算法本身和FPGA的特点，采用查表法优化处理了字节代换运算，列混合运算和密钥扩展运算。同时，考虑到应用环境的不同，本设计支持数据分组为128比特，密钥长度为128比特、192比特以及256比特三种模式下的AES算法加、解密过程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中实现的这个系统的优化设计； 3．利用QLJARTUSII开发工具进行代码的编写工作和综合编译工作，在 MODELSIM中进行仿真并给出仿真结果，给出了各个模块和整个设计的仿真测试结果； 4．和其他类似的设计做了横向对比，得出结论：本设计在保证了速度的基础上实现了资源和速度的均衡，在性能上具有较大的优势。
上传时间： 2013-05-25
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H.264作为新一代视频编码标准，相比上一代视频编码标准MPEG2，在相同画质下，平均节约64﹪的码流。该标准仅设定了码流的语法结构和解码器结构，实现灵活性极大，其规定了三个档次，每个档次支持一组特定的编码功能，并支持一类特定的应用，因此。H.264的编码器的设计可以根据需求的不同而不同。 H.264虽然具有优异的压缩性能，但是其复杂度却比一般编码器高的多。本文对H.264进行了编码复杂度分析，并统计了整个软件编码中计算量的分布。H.264中采用了率失真优化算法，提高了帧内预测编码的效率。在该算法下进行帧内预测时，为了得到一个宏块的预测模式，需要进行592次率失真代价计算。因此为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度，本文改进了帧内预测模式选择算法。实践证明，在PSNR值的损失可以忽略不计的情况下，该算法相比原算法，帧内编码时间平均节约60﹪以上，对编码的实时性有较大帮助。 为了实现实时编码，考虑到FPGA的高效运算速度和使用灵活性，本文还研究了H.264编码器基本档次的FPGA实现。首先研究了H.264编码器硬件实现架构，并对影响编码速度，且具有硬件实现优越性的几个重要部分进行了算法研究和FPGA.实现。本文主要研究了H.264编码器中整数DCT变换、量化、Zig-Zag扫描、CAVLC编码以及反量化、逆整数DCT变换等部分。分别对这些模块进行了综合和时序仿真，并将验证后通过的系统模块下载到Xilinx virtex-Ⅱ Pro的FPGA中，进行了在线测试，验证了该系统对输入的残差数据实时压缩编码的功能。 本文对H.264编码器帧内预测模式选择算法的改进，算法实现简单，对软件编码的实时性有很大帮助。本文对在单片FPGA上实现H.264编码器做出了探索性尝试，这对H.264编码器芯片的设计有着积极的借鉴性。
上传时间： 2013-05-25
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大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路(ASIC),电子设计工程师用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路,从而大大缩短了产品上市时间,降低了开发成本.此外,可编程逻辑器件还具有静态可重复编程和动态系统重构的特性,使得硬件的功能可以象软件一样通过编程来修改,这样就极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性.该设计完成了在一片可编程逻辑器件上开发简易计算机的设计任务,将单片机与单片机外围电路集成化,能够输入指令、执行指令、输出结果,具有在电子系统中应用的普遍意义,另外,也可以用于计算机组成原理的教学试验.该文第一章简要介绍了可编程ASIC和EDA技术的历史、现状、未来并对本课题作了简要陈述.第二章在芯片设计的两种输入法即原理图输入法和HDL输入法之间做出比较,决定选用HDL输入法.第三章描述了具体的设计过程和设计手段,首先将简易计算机划分为运算器、CPU控制器、存储器、键盘接口和显示接口以及系统控制器,然后再往下分为下层子模块.输入法的语言使用的是Verilog HDL,鉴于篇幅所限,源代码部分不在论文之中.第四章对设计的综合与实现做了总结,给出了时序仿真波形图.该文针对FPGA和RISC这两大课题,对RISC在FPGA上的实现进行了初浅的探索与尝试.从计算机体系结构入手,剖析了精简指令集计算机的原理,通过该设计的实践对ASIC和EDA的设计潜力有了更进一步的领悟.
上传时间： 2013-05-21
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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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现场可编程逻辑门阵列(FPGA)具有开发周期短、成本小、风险低和现场可灵活配置等优点,可以在更短的时间实现更复杂的功能,使得基于FPGA的开发平台的研究成为工业界和学术界日益关注的问题.基于FPGA的高集成度、高可靠性,可将整个设计系统下载于同一芯片中,实现片上系统,从而大大缩小其体积,因此以FPGA为代表的可编程逻辑器件应用日益广泛.在国外,FPGA技术发展与应用已达到相当高的程度;而在国内,FPGA技术发展仍处在起步阶段,与国外相比还存在较大的差距.本文提出了一种FPGA通用接口开发平台的设计思路,研制了一种FPGA快速实验开发装置,对研制过程中遇到的软、硬件问题加以归纳总结,提高了系统运行效率.分别研究了基于FPGA器件Altera公司的FLEX6000的字符型LCD、PC机ISA总线,基于FLEX10K的图像点阵型LCD、PC机PCI总线接口中.最后通过一个通用实验装置系统的设计和实现,综合上述应用,介绍了FPGA实验系统的软件开发环境,实现了基于FGPA的交通信号灯逻辑控制和电子钟,研究了FPGA技术在通用接口控制器设计中的应用.
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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随着计算机与信息技术的发展，生物特征识别技术受到了广泛的关注。指纹识别是生物特征识别中的一项重要内容，一直以来是国内外的研究热点。 嵌入式自动指纹识别是指指纹识别技术在嵌入式系统上的应用。传统的嵌入式自动指纹识别系统多采用单片DSP或MIPS处理器来完成算法，由于DSP或MIPS处理器只能根据程序顺序执行，在指纹匹配过程中只能和整个库中的指纹进行一一匹配，因此这类系统在处理较大指纹库时下匹配时间相当长。为了克服这个缺点，本文构建了浮点DSP和FPGA协同处理构架的硬件平台，充分利用DSP在计算上的精确度和FPGA并行处理的特点，由DSP和FPGA共同处理匹配算法。 本文的主要工作如下： 1．设计了一个硬件系统，包括DSP处理器、FPGA、指纹传感器、人机交互接口和USB1.1接口。同时，还设计了各硬件模块的驱动程序，为应用程序提供控制接口。由于系统中DSP工作频率为300MHz，其中某些器件的工作频率达到了100MHz，因此本文还给出了一些信号完整性分析和PCB设计经验。 2．编写了Verilog程序，在FPGA中实现了9路指纹的并行匹配。由于FPGA本身的局限性，实现原有匹配算法有很大困难。在简化原有匹配算法的基础上本文提出了便于FPGA实现“粗匹配”算法。此外，还设计了用于和DSP通信的接口模块设计。 3．完成了系统应用程序设计。在使用uC/OS-Ⅱ实时操作系统的基础上设计了各系统任务，通过调用驱动程序控制和协调各硬件模块，实现了自动指纹识别功能。为了便于存放指纹特征信息，设计了指纹库数据结构，实现了指纹库添加、删除、编辑的功能。 最终，本系统实现了高效、快速的进行指纹识别，各模块工作稳定。同时，模块化的软硬件设计使本系统便于进行二次开发，快速应用于各种场合。
上传时间： 2013-06-05
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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，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提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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当前，片上系统(SOC)已成为系统实现的主流技术。流片风险与费用增加、上市时间压力加大、产品功能愈加复杂等因素使得SOC产业逐渐划分为IP提供者、SOC设计服务者和芯片集成者三个层次。SOC设计已走向基于IP集成的平台设计阶段，经过严格验证质量可靠的IP核成为SOC产业中的重要一环。 GPIB控制器芯片是组建自动测试系统的核心，在测试领域应用广泛。本人通过查阅大量的技术资料，分析了集成电路在国内外发展的最新动态，提出了基于FPGA的自主知识产权的GPIB控制器IP核的设计和实现。 本文首先讨论了基于FPGA的GPIB控制器的背景意义，接着对FPGA开发所具备的基本知识作了简要介绍。文中对GPIB总线进行了简单的描述，根据芯片设计的主要思想，重点在于论述怎样用FPGA来实现IEEE-488.2协议，并详细阐述了GPIB控制器的十种接口功能及其状态机的IP核实现。同时，对数据通路也进行了较为细致的说明。在设计的时候采用基于模块化设计思想，用VerilogHDL语言完成各模块功能描述，通过Synplifv软件的综合，用Modelsim对设计进行了前、后仿真。最后利用生成的模块符号采取类似画电路图的方法完成整个系统芯片的lP软核设计，并用EDA工具下载到了FPGA上。 为了更好地验证设计思想，借助EDA工具对GPIB控制器的工作状态进行了软件仿真，给出仿真结果，仿真波形验证了GPIB控制器的工作符合预想。最后，本文对基于FPGA的GPIB控制器的IP核设计过程进行了总结，展望了当前GPIB控制器设计的发展趋势，指出了开展进一步研究需要做的工作。
上传时间： 2013-04-24
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TLC4501/ TLC4502自动校准运算放大器在片内利用对数字与模拟信号的处理, 可在上电时使输入失调电压自动校准为零。完成自动校准一般需要300ms 的时间, 连续校准时可在±3μV 范围内反复
上传时间： 2013-04-24
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