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功能安全標(biāo)準(zhǔn)

基于ARM的井下網(wǎng)絡(luò)分站的設(shè)計

本文設(shè)計的井下網(wǎng)絡(luò)分站作為“煤礦安全自動檢測、監(jiān)控及管理系統(tǒng)”的一個重要的組成部分，以ARM微控制器為核心，以操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ為操作平臺，采用TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)了分站的網(wǎng)絡(luò)通信功能，很好的解決了當(dāng)前煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議不一致的問題。在硬件方面，嚴(yán)格按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》完成了監(jiān)控分站的總體硬件設(shè)計，并通過驅(qū)動網(wǎng)卡芯片RTL8019AS實現(xiàn)了以太網(wǎng)連接。選用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作為分站的控制芯片，它帶有16KB的靜態(tài)RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，還有多個串行接口，可使用的GPIO高達(dá)76個(使用了外部存儲器)，很好了滿足了分站外接傳感器的多樣化要求。在人機(jī)對話方面，系統(tǒng)擴(kuò)展了128×64的液晶和1×4的鍵盤。在通信方面，采用TCP/IP協(xié)議與地面主機(jī)進(jìn)行通信，將各種參數(shù)傳送到地面主機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運算處理。在軟件方面，介紹了嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的移植過程，并在此基礎(chǔ)上分析了TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)；制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換格式；通信過程中采用了標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議；詳細(xì)介紹了幾個主要程序模塊的編程思路，如LCD顯示、外部輸入頻率信號的計數(shù)及數(shù)據(jù)存儲，并給出了在實際編程過程中遇到的問題及解決方法。本監(jiān)控分站根據(jù)《本質(zhì)安全型“i”》標(biāo)準(zhǔn)將外部接入設(shè)備和分站作了電氣隔離，該分站具有2路A/D數(shù)據(jù)采集；6路光電隔離數(shù)字量輸入；2路光電隔離數(shù)字量輸出對外部設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制；人機(jī)接口提供人機(jī)交互界面，提供按鍵操作和數(shù)據(jù)顯示；RS485通信接口負(fù)責(zé)與外界設(shè)備進(jìn)行通信；網(wǎng)絡(luò)通信接口負(fù)責(zé)為各種監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供兼容的接入接口；非易失性鐵電存儲器作為數(shù)據(jù)存儲區(qū)以保證掉電后存儲數(shù)據(jù)不丟失。

標(biāo)簽： ARM 網(wǎng)絡(luò) 分

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：13160677563
基于ARM的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

開關(guān)磁阻電機(jī)是電機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，既具有結(jié)構(gòu)簡單堅固、成本低、容錯能力強，耐高溫等優(yōu)點，又在高度發(fā)展的電力電子和微機(jī)控制技術(shù)的支持下獲得了良好的可控性能，目前己經(jīng)在多個工業(yè)部門得到應(yīng)用。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)在驅(qū)動調(diào)速領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。本論文在對前人成果的廣泛了解和研究基礎(chǔ)上，以philip公司生產(chǎn)的LPC2101為主控芯片，充分利用其高速運算能力和面向電機(jī)控制的高效控制能力，設(shè)計并制作了SRM控制器與系統(tǒng)軟件。本文以開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速控制策略及其控制實現(xiàn)方法為主要研究內(nèi)容，對開關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、功率變換器技術(shù)、控制策略、控制方案的實現(xiàn)進(jìn)行了全面深入的研究。全文的研究工作分為五個部分，第一部分介紹了開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及基本工作原理，綜述了開關(guān)磁阻電機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、特點及研究動向，總結(jié)了開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)存在的技術(shù)問題，提出了本文的研究目的和主要研究內(nèi)容。第二部分引用并討論了SR電動機(jī)的基本數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)線性數(shù)學(xué)模型，然后基于此重點分析了與電動機(jī)運行特性密切相關(guān)的相電流波形與轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)關(guān)系，最后根據(jù)課題所關(guān)心的控制系統(tǒng)設(shè)計，在理論分析的基礎(chǔ)上提出了SR電動機(jī)控制方案并進(jìn)行了原理性分析，對SR電動機(jī)各個運行階段的特點進(jìn)行分析并初步提出控制方案。第三部分對SR電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)說明，主要包括以LPC2101為核心的控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計，根據(jù)SR電機(jī)的控制特點，盡可能地開發(fā)了LPC2101的硬件資源和軟件資源，使控制系統(tǒng)具有很高的控制精度和靈活性，然后對功率變換器進(jìn)行了設(shè)計和制作，分析了各種主電路形式的優(yōu)缺點，采用了新型IGBT功率管作為主開關(guān)元器件，使功率變換器結(jié)構(gòu)得到簡化，設(shè)計了IGBT的功率驅(qū)動電路，并專門設(shè)計了電壓鉗位電路和諸如過壓、過流保護(hù)等保護(hù)單元，保證了整個系統(tǒng)安全可靠地運行，然后分析了SR電動機(jī)控制系統(tǒng)位置傳感器檢測電路設(shè)計、電流及電壓斬波電路設(shè)計、電流檢測及保護(hù)電路設(shè)計等。第四部分主要介紹了系統(tǒng)的總體控制思想，分析了各個運行階段的控制策略，對控制策略的軟件實現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計，并給出了軟件實現(xiàn)的具體流程圖，直觀地體現(xiàn)了軟件編程思想。最后，對系統(tǒng)進(jìn)行了實驗研究及分析。目前，該控制系統(tǒng)已調(diào)試完畢，基本實現(xiàn)預(yù)期功能。本文對以ARM為控制核心的開關(guān)磁阻電動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，得出了基于有位置傳感器檢測的控制方案。針對SR電機(jī)的控制特點，充分利用了ARM的硬件資源，采用PID數(shù)字調(diào)節(jié)，發(fā)出相通斷信號和PWM信號，并和電流、電壓等保護(hù)信號相結(jié)合，實現(xiàn)對主功率元件的通斷控制。并且設(shè)計了相應(yīng)的外圍硬件檢測、保護(hù)、控制及人機(jī)接口電路，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高；系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計，采用模塊化的程序設(shè)計方法，增強了系統(tǒng)的可讀性及可維護(hù)性，實現(xiàn)了一種電壓斬波和電流斬波控制相結(jié)合的控制方式;結(jié)合系統(tǒng)的硬件設(shè)計，開發(fā)了相應(yīng)的軟件模塊，使系統(tǒng)具有完善的保護(hù)和控制性能。本系統(tǒng)經(jīng)過試驗，調(diào)速范圍可達(dá)100～2000轉(zhuǎn)/分，效率較高，性能優(yōu)良，驗證了控制思想和控制方法的正確性。

標(biāo)簽： ARM 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源
基于ARM和嵌入式Linux的汽車儀表盤研制

汽車儀表是駕駛員獲取汽車狀態(tài)信息的關(guān)鍵設(shè)備，對汽車的安全行駛起著重要的作用。近年來，隨著計算機(jī)、微電子和各種現(xiàn)場總線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車電子技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，汽車儀表盤上顯示的信息不斷增加，傳統(tǒng)的機(jī)械式、電氣式組合儀表越來越無法滿足使用的需求。特別是隨著汽車GPS導(dǎo)航、自動駕駛等新技術(shù)的日趨成熟，汽車儀表成為集顯示、控制、通訊、娛樂為一體的汽車綜合信息顯示中心已經(jīng)指日可待。本文提出并設(shè)計了一種以ARM器件為CPU，以嵌入式Linux為操作系統(tǒng)的車載儀表盤系統(tǒng)。該儀表盤以嵌入式微處理器為核心，對汽車的各種信息狀態(tài)，如電池電壓、車速等參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示和報警提示，駕駛員根據(jù)報警提示的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理，以使汽車安全正常行駛。儀表盤本身作為汽車CAN總線的一個節(jié)點，支持CAN通信，可以接收來自其它CAN節(jié)點的信息并顯示，也可以發(fā)送控制信息至其它CAN節(jié)點。該儀表盤在外型上不同于傳統(tǒng)的汽車儀表，其顯示端使用一個LCD顯示屏代替原有的顯示設(shè)備，汽車運行的所有狀態(tài)信息都在該屏上顯示，但為延續(xù)傳統(tǒng)的操作習(xí)慣，將原來的車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等用指針顯示的信息在顯示屏上以模擬表的形式顯示。并對越限工況和各種違規(guī)操作，在顯示屏上以圖形指示燈的形式閃爍顯示并同時以真人語音進(jìn)行提醒。本文在簡要介紹了汽車儀表發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，重點論述了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和模式，包括開發(fā)平臺的搭建、驅(qū)動程序的開發(fā)、圖形顯示界面的開發(fā)和應(yīng)用程序的設(shè)計。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中，硬件、軟件的可裁剪是其最大的特點，因此，增加功能模塊(比如本系統(tǒng)中用到的CAN通信模塊、音頻輸出模塊等)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的一個重點和難點，所以本文重點之一是放在驅(qū)動模塊的設(shè)計上。同時，作為信息顯示中心，信息顯示要求及時、準(zhǔn)確、有美感，因此，圖形界面的開發(fā)也是重點之一。本課題所設(shè)計的汽車儀表，作為綜合信息顯示中心的一個雛形，可以方便地擴(kuò)展GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車后視攝像系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等模塊，相信進(jìn)一步的研究和開發(fā)，汽車綜合信息顯示中心將成為未來汽車上重要的一部分。

標(biāo)簽： Linux ARM 嵌入式汽車儀表盤

上傳時間： 2013-06-13

上傳用戶：情義強哥
基于ARM技術(shù)的三相正弦波信號發(fā)生器

隨著我國電力行業(yè)的飛速發(fā)展，安全五防工作的重要性日益突顯。為此我國大部分省市電力部門均要求高壓帶電設(shè)備必須配裝安全五防裝置——即高壓帶電顯示裝置。感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置由于其非接觸式傳感特性和相間處理無干擾的優(yōu)點成為行業(yè)首選，而三相正弦波信號發(fā)生器則是感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置主要電氣性能保證的關(guān)鍵。本文研究基于感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置所感應(yīng)的高壓帶電體電場信號，并依據(jù)感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置的電氣性能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定了該信號發(fā)生器的性能指標(biāo)。設(shè)計的三相正弦波信號發(fā)生器在硬件架構(gòu)上以ARM7微處理器為核心，符合16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的異步串行口UART0與PC機(jī)通信，便于信號輸出和數(shù)據(jù)保存，為滿足感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置在復(fù)雜環(huán)境運行的數(shù)據(jù)分析和智能決策提供了平臺。現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集、保存和分析功能，將對感應(yīng)式高壓帶電顯示閉鎖裝置的智能化起到關(guān)鍵作用。

標(biāo)簽： ARM 三相正弦波信號發(fā)生器

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：lht618
基于ARM架構(gòu)的無線數(shù)據(jù)采集與處理終端的研究與開發(fā)

隨著計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)廣泛地滲透到各行各業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷嬷小Ｓ捎谇度胧较到y(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，嵌入式操作系統(tǒng)成為了嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux憑借其性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)清晰、平臺支持廣泛、網(wǎng)絡(luò)支持強勁及開放源代碼等多方面的優(yōu)勢，被嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者廣泛的采用。同時隨著近幾年來國內(nèi)嵌入式領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，其中32位ARM處理器結(jié)構(gòu)體系的嵌入式CPU在商用領(lǐng)域、工控領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域都得到了廣泛使用。近幾年隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息采集和處理技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了低成本、低功耗、多功能的微型無線傳感器節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是隨著傳感器節(jié)點的發(fā)展而興起的計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個新的研究領(lǐng)域，它是由一組無線傳感器節(jié)點通過ad-hoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，綜合傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，并傳送到需要這些信息的用戶處。這種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被廣泛地用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐救災(zāi)等領(lǐng)域，具有十分巨大的發(fā)展?jié)摿Γ鹆藢W(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。目前，手持終端的應(yīng)用范圍主要是在商業(yè)領(lǐng)域，開發(fā)一款適合在工業(yè)現(xiàn)場等無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域的手持終端是本文的初衷。本文從嵌入式系統(tǒng)的角度，采用目前比較流行的ARM9處理器和嵌入式Linux的操作系統(tǒng)，闡述手持終端硬件平臺的設(shè)計和軟件的移植方案；接著研究了系統(tǒng)引導(dǎo)程序的原理、設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的關(guān)鍵點、根文件系統(tǒng)的制作方法。在此基礎(chǔ)上，分析和移植引導(dǎo)程序U-Boot 1.1.4的實現(xiàn)、無線收發(fā)芯片CC2420的驅(qū)動開發(fā)和幀緩沖驅(qū)動的開發(fā)，并針對目標(biāo)平臺的特點完成了文件系統(tǒng)的構(gòu)建；然后介紹了基于Qt/Embedded的圖形界面開發(fā)的基礎(chǔ)，最后對本文研究工作進(jìn)行總結(jié)。

標(biāo)簽： ARM 架構(gòu) 無線數(shù)據(jù)采集與處理

上傳時間： 2013-06-26

上傳用戶：lguotao
單片機(jī)多功能調(diào)試助手V1.1.9

特色在于為之量身定制了一款多功能調(diào)試軟件，不僅含有串口調(diào)試功能、而且該軟件強大之處支持USB數(shù)據(jù)收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)、51/AVR單片機(jī)波特率計算、數(shù)碼管字型碼生成、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、點陣生成、校驗值(奇偶校驗/校驗和/CRC冗余循環(huán)校驗)/BMP轉(zhuǎn)16進(jìn)制、服務(wù)器、在線更新等功能。

標(biāo)簽： 單片機(jī) 多功能調(diào)試助手

上傳時間： 2013-06-17

上傳用戶：梧桐
基于H.264的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的FPGA實現(xiàn)研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與公共安全保障需求的提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活、警備與軍事方面的應(yīng)用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術(shù)、H．264壓縮編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在穩(wěn)定性、功能、成本與擴(kuò)展性等方面都有著突出的優(yōu)勢，具有重要的學(xué)術(shù)意義與實用意義，本課題所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務(wù)器、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與若干PC機(jī)客戶端組成。嵌入式圖像服務(wù)器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進(jìn)行壓縮，并持續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)。PC機(jī)客戶端可通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，接收編碼數(shù)據(jù)，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監(jiān)控人員有效地掌握現(xiàn)場情況，在嵌入式圖像服務(wù)器設(shè)計階段，本文首先進(jìn)行了芯片選型與開發(fā)平臺選擇。然后構(gòu)建圖像采集子系統(tǒng)，采用雙緩存乒乓交換的方法設(shè)計圖像采集用戶自定義模塊。接著設(shè)計雙Nios Ⅱ架構(gòu)的SOPC系統(tǒng)，闡述了雙軟核設(shè)計中定制連接、內(nèi)存芯片共享、數(shù)據(jù)搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)計，采用μC/OS-Ⅱ進(jìn)行多任務(wù)的管理與調(diào)度， H．264視頻壓縮編解碼算法設(shè)計與實現(xiàn)是本文的重點。文中首先分析H．264．標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃編解碼器結(jié)構(gòu)。接著設(shè)計了16×16幀內(nèi)預(yù)測算法，并設(shè)計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進(jìn)行預(yù)測模式選擇。然后設(shè)計4×4子塊掃描方式，編寫整數(shù)變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結(jié)合的方案，針對除拖尾系數(shù)之外的非零系數(shù)值編碼子算法，實現(xiàn)了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a流組成格式，并針對編碼算法設(shè)計相應(yīng)解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進(jìn)行測試，觀察不同參數(shù)下壓縮率與失真度的變化。算法驗證完成后，本文進(jìn)行了PC機(jī)客戶端設(shè)計，使其具有遠(yuǎn)程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務(wù)器與若干客戶端接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)視頻壓縮率高，監(jiān)控圖像質(zhì)量良好，充分證明了系統(tǒng)軟硬件與圖像編解碼算法設(shè)計成功。本系統(tǒng)具有成本低、擴(kuò)展性好及適用范圍廣等優(yōu)點，發(fā)展前景十分廣闊。

標(biāo)簽： FPGA 264 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控實現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-08-03

上傳用戶：88mao
FPGA芯片關(guān)鍵電路設(shè)計

現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件是能通過對其進(jìn)行編程實現(xiàn)具有用戶規(guī)定功能的電路，特別適合集成電路的新品開發(fā)和小批量ASIC電路的生產(chǎn)。近幾年來，F(xiàn)PGA的發(fā)展非常迅速，但目前國內(nèi)廠商所使用的FPGA芯片主要還是從國外進(jìn)口，這種狀況除了給生產(chǎn)廠家?guī)砗艽蟮某杀緣毫σ酝?，同時也影響到國家信息產(chǎn)業(yè)的保密和安全問題，因此在國內(nèi)自主研發(fā)FPGA便成為一種必然的趨勢。基于上述現(xiàn)實狀況及國內(nèi)市場的巨大需求，中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所近年來對FPGA進(jìn)行了專項研究，本論文正是作為58所專項的一部分研究工作的總結(jié)。本文深入研究了FPGA的相關(guān)設(shè)計技術(shù)，并進(jìn)行了實際的FPGA器件設(shè)計，研究工作的重點是在華潤上華(CSMC)0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行具有6000有效門的FPGA的電路設(shè)計與仿真。論文首先闡述了可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)，就可編程邏輯器件的發(fā)展過程及其器件分類，對可編程只讀存儲器、現(xiàn)場可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、通用邏輯陣列和復(fù)雜PLD等的基本結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了討論。接著討論了FPGA的基本結(jié)構(gòu)與分類及它的編程技術(shù)，另外還闡述了FPGA的集成度和速率等相關(guān)問題。并根據(jù)實際指標(biāo)要求確定本文研究目標(biāo)FPGA的基本結(jié)構(gòu)和它的編程技術(shù)，在華潤上華0.5μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一款FPGA芯片的設(shè)計研究工作。進(jìn)行了可編程邏輯單元的基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并用CMOS邏輯和NMOS傳輸管邏輯實現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、快速進(jìn)位鏈和觸發(fā)器的電路設(shè)計，并對其進(jìn)行了仿真，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

標(biāo)簽： FPGA 芯片電路設(shè)計

上傳時間： 2013-07-18

上傳用戶：zaizaibang
基于FPGA技術(shù)的高性能AES_CBC算法的實現(xiàn)研究

AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。加密是安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，要保證在公眾網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取和偷聽，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密/解密，對于開發(fā)高性能的安全路由器、安全網(wǎng)關(guān)等對數(shù)據(jù)處理速度要求高的通信設(shè)備具有重要的意義。在目前可查詢的基于FPGA技術(shù)實現(xiàn)AESCBC的設(shè)計中，最快的加/解密速度達(dá)到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達(dá)到1.4Gbps。但根據(jù)國外測試結(jié)果表明，即使開發(fā)的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網(wǎng)絡(luò)處理器，軟件加密解決方案僅能達(dá)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幾種實現(xiàn)AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現(xiàn)AESCBC難點基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種適應(yīng)于報文加密解密的硬件快速實現(xiàn)AESCBC的方案，在設(shè)計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現(xiàn)了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術(shù)，實現(xiàn)了報文解密和子密鑰展開協(xié)調(diào)工作，提高了解密速度。本文在quartus全面仿真設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，全面驗證了硬件實現(xiàn)AESCBC方案的正確性，全面分析了本設(shè)計加密解密的性能。并且針對設(shè)計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設(shè)計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現(xiàn)VPN的初步方案。實現(xiàn)了單一模塊加密速度達(dá)到1.16Gbps，單一模塊解密速度達(dá)到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達(dá)到6.4Gbps。論文最后給出了總結(jié)與展望。目前實現(xiàn)的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進(jìn)一步的驗證。要用硬件實現(xiàn)整個IPSec，還要進(jìn)一步開發(fā)基于FPGA的技術(shù)?？傊?，為了適應(yīng)路由器發(fā)展的需求，還有很多技術(shù)需要研究。

標(biāo)簽： AES_CBC FPGA 性能實現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-05-29

上傳用戶：wangzhen1990
加密卡的研制與加密算法的FPGA實現(xiàn)

隨著安全通信數(shù)據(jù)速率的提高,關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密算法的軟件實施成為重要的系統(tǒng)瓶頸.基于FPGA的高度優(yōu)化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達(dá)到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運算次數(shù))基準(zhǔn).網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設(shè)計優(yōu)勢,特別是新的高速版本,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計人員可以在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)安全性支持.FPGA是實現(xiàn)設(shè)計靈活性和功能升級的關(guān)鍵,對于容錯、IPSec協(xié)議和系統(tǒng)接口問題而言這兩點非常重要.而且,FPGA還為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計人員提供了適應(yīng)不同安全處理功能以及隨著安全技術(shù)的發(fā)展方便地增加對新技術(shù)支持的能力.標(biāo)準(zhǔn)加密/解決以及認(rèn)證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結(jié)構(gòu),著重論述了加密卡上加密模塊的實現(xiàn),即用FPGA實現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實現(xiàn)進(jìn)行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進(jìn)行了闡述.在論文中,首先闡述了數(shù)據(jù)加密原理.介紹了數(shù)據(jù)加密的算法和數(shù)據(jù)加密的技術(shù)發(fā)展趨勢,并重點說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結(jié)構(gòu),遵從的是PCI2.2規(guī)范,理解并掌握PCI總線的規(guī)范是了解整個系統(tǒng)的重要一環(huán),本文講述了PCI總線的特點和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時候,選用的是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功能強,速度也非?？?但目前價格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價格低廉,產(chǎn)品成熟等特點,是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會對這些器件特性做相應(yīng)說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實現(xiàn),以Xilinx公司VIRTEXII結(jié)構(gòu)的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設(shè)計要點及關(guān)鍵部分的設(shè)計.

標(biāo)簽： FPGA 加密卡加密算法

上傳時間： 2013-04-24

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