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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設(shè)計(jì)原則、數(shù)學(xué)知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點(diǎn)利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，對AES算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運(yùn)算、列混合運(yùn)算和解密模塊中的逆列混合運(yùn)算中原來的復(fù)雜的運(yùn)算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運(yùn)算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個(gè)32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進(jìn)行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設(shè)計(jì)；在密鑰擴(kuò)展上的優(yōu)化設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部擴(kuò)展，即在進(jìn)行每一輪的運(yùn)算過程的同時(shí)算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴(kuò)展與加/解密運(yùn)算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設(shè)計(jì)是將輪函數(shù)查表操作中的四個(gè)操作表查詢工作合并成一個(gè)操作表查詢工作，同時(shí)為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實(shí)現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實(shí)現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗(yàn)證。在性能測試的過程中應(yīng)用編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標(biāo)簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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GPS技術(shù)在導(dǎo)航、定位及精確打擊等方面產(chǎn)生了重要影響，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種武器平臺上。但是，在干擾環(huán)境下也顯現(xiàn)出許多問題。由于其到達(dá)地球表面的信號極其微弱(-160dBW)，在現(xiàn)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中容易受到干擾，尤其是C/A碼信號更易受到干擾，并且隨著導(dǎo)航戰(zhàn)的發(fā)展對GPS的抗干擾已成為爭取導(dǎo)航資源的有效措施。因此，研究干擾環(huán)境下的GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)具有重要意義。 本文首先簡要介紹了GPS信號的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成，通過對GPS信號特征以及接收機(jī)抗干擾能力的分析，結(jié)合干擾對接收機(jī)的作用方式及效果，確定GPS最易受的干擾類型為阻塞式干擾，然后針對這種干擾類型提出了一種有效的抗干擾技術(shù)-----自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)。接下來，著重研究了GPS接收機(jī)在此抗干擾技術(shù)前提下的若干抗干擾方法，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。 研究過程中，通過對最佳化準(zhǔn)則和空域自適應(yīng)濾波的理解，首先對不同天線陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能仿真和比較分析，然后在對稱圓形天線陣列的基礎(chǔ)上對空域自適應(yīng)算法進(jìn)行了仿真分析，針對其自由度有限的問題接著對空時(shí)濾波方法做了詳細(xì)討論，在7元對稱圓形陣列的基礎(chǔ)上仿真說明了二者各自的優(yōu)缺點(diǎn)?？紤]到實(shí)際的干擾環(huán)境和本課題研究的初期階段，因此選用了適合本課題干擾環(huán)境的空域?yàn)V波方法，并對其自適應(yīng)算法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，使得其抗干擾性能獲得了一定程度的改善。 最后，詳細(xì)說明了該接收機(jī)抗干擾模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)原理。詳細(xì)給出了頂層及各子模塊的設(shè)計(jì)流程與RTL視圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性。
標(biāo)簽： FPGA GPS 接收機(jī) 天線陣列
上傳時(shí)間： 2013-06-03
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動(dòng)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)算術(shù)編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標(biāo)準(zhǔn)不同，它所有的編碼都是基于上下文進(jìn)行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設(shè)計(jì)上的困難。 作者在全面學(xué)習(xí)H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎(chǔ)上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構(gòu)框圖，并總結(jié)出了影響CAVLC編碼器實(shí)現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些優(yōu)化設(shè)計(jì)包括多參考塊的表格預(yù)測法、快速查找表法、算術(shù)消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設(shè)計(jì)的CAVLC編碼器進(jìn)行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進(jìn)行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗(yàn)證了它們的功能。結(jié)果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實(shí)時(shí)通信要求，為整個(gè)CAVLC編碼器的實(shí)時(shí)通信提供了良好的基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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用戶對寬帶無線接入業(yè)務(wù)、尤其是對于寬帶無線化以及移動(dòng)化的需求日益增加,使無線寬帶接入技術(shù)WiMAX(World interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性技術(shù))應(yīng)運(yùn)而生、迅猛發(fā)展,成為這兩年業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。除了通常的互聯(lián)網(wǎng)接入應(yīng)用外,它還將在提供IPTV和VOIP等寬帶業(yè)務(wù)方面取得成功,它還有可能成為一種先進(jìn)的4G蜂窩電話技術(shù)。WiMAX未來將進(jìn)入蜂窩電話、筆記本電腦和機(jī)頂盒等應(yīng)用中。 本文在介紹WiMAX傳輸標(biāo)準(zhǔn)802.16d基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了WiMAX接收機(jī)中信道解調(diào)芯片中的自動(dòng)增益控制(Automatic Gain Control,AGC)部分。首先介紹了自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的基本組成和其主要特性指標(biāo),通過對一個(gè)步進(jìn)式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對WiMAX接收機(jī)內(nèi)AGC系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及AGC電路進(jìn)行介紹和理論分析。本文采用SPW(Signal Processing WorkSystem)模型對AGC電路基本結(jié)構(gòu)的算法分析,并結(jié)合仿真結(jié)果對AGC電路做了詳盡解說并對參數(shù)進(jìn)行了解釋說明。 最后給出了基于SPW和FPGA(Field Programmable Gate Array)驗(yàn)證的結(jié)果。通過SPW對AGC進(jìn)行了單獨(dú)的性能測試,并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的性能測試來說明AGC可以和系統(tǒng)的其他模塊協(xié)同工作。在FPGA測試中,可以證明用Verilog實(shí)現(xiàn)后AGC也同樣能較好的工作。 本文實(shí)現(xiàn)的基于導(dǎo)頻的步進(jìn)式的數(shù)字AGC是針對WiMAX系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制電路提出的解決方案。此算法結(jié)合WiMAX系統(tǒng)的傳輸方式,提出的算法具有迅速鎖定信號的特點(diǎn),能夠滿足WiMAX系統(tǒng)的要求。同時(shí),由于各種關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)為寄存器可配的方式,具有很好的靈活性,也就具有了更高的移植性,可以作為一種通用的數(shù)字AGC算法。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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常模信號是一類非常重要的信號，而專門應(yīng)用于常模信號的常模算法[1]具有復(fù)雜度較低、實(shí)現(xiàn)起來比較簡單、對陣列模型的偏差不敏感等顯著的優(yōu)點(diǎn)。因此，常模算法引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來，常模算法在多用戶檢測領(lǐng)域[2]的研究越來越受到諸多學(xué)者的關(guān)注。不僅如此，常模算法在其他領(lǐng)域也是備受矚目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等領(lǐng)域的應(yīng)用也是目前研究的熱點(diǎn)。除此之外，常模算法已經(jīng)不僅僅局限在應(yīng)用于常模信號，也可應(yīng)用于多模信號[3]等。 本文對常模算法在多用戶檢測領(lǐng)域的應(yīng)用以及FPGA[4]實(shí)現(xiàn)作了較多的研究工作，共分六章進(jìn)行闡述。第一章為緒論，介紹了論文相關(guān)背景和本文的結(jié)構(gòu)；第二章首先對常模算法作了理論分析，并改進(jìn)了傳統(tǒng)的2-2型常模算法，我們稱之為M2-2CMA，它在誤碼率性能上有一些改善；之后在MATLAB平臺上搭建了仿真平臺，分析了常模算法在多用戶檢測中的應(yīng)用；第三章研究了相關(guān)文獻(xiàn)，簡單介紹了FPGA概念及其設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法，并對VerilogHDL以及Quartus軟件做了簡要介紹；第四章則詳細(xì)介紹了常模算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，用一種基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法確定了數(shù)據(jù)位長及精度，提出了其實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)框圖，并詳細(xì)闡述了各主要模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)給出了最后的報(bào)告文件以及最高數(shù)據(jù)處理速度；第五章則在MATLAB平臺和QuartuslI的基礎(chǔ)上搭建了一個(gè)仿真平臺，借助于平臺分析了2-2型常模算法移植到FPGA平臺后的性能，對不同的精度對系統(tǒng)性能的影響做了討論，也統(tǒng)計(jì)了不同信噪比、多址干擾下的誤碼率性能。最后一章是對全文的總結(jié)和對未來的展望。
上傳時(shí)間： 2013-06-23
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可編程邏輯芯片特別是現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)芯片的快速發(fā)展，使得新的芯片能夠根據(jù)具體應(yīng)用動(dòng)態(tài)地調(diào)整結(jié)構(gòu)以獲得更好的性能，這類芯片稱為動(dòng)態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構(gòu)建的可重構(gòu)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用前還有許多問題需要解決。一個(gè)基本的問題就是動(dòng)態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片中的可重構(gòu)功能單元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結(jié)構(gòu)和CAD算法談起，介紹了可重構(gòu)計(jì)算的概念，建立了可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)模型和動(dòng)態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片模型，在此模型上提出一個(gè)基于劃分和時(shí)延驅(qū)動(dòng)的在線布局算法，和一個(gè)基于Pathfinder協(xié)商擁塞算法的布線算法，來解決動(dòng)態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language，HDL)描述的電路首先被劃分成有限數(shù)目的層，然后將這些電路層布局到芯片的每一層，同時(shí)確保關(guān)鍵路徑的時(shí)延最小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，布局算法與傳統(tǒng)的布局算法(或者文獻(xiàn)[37]中的算法)相比，在時(shí)延上平均減少27％，在線長上平均減少34％(或者11％)，在運(yùn)行時(shí)間上平均減少42％(或者97％)。布線算法與傳統(tǒng)的布線算法相比，能夠?qū)⒕€長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
標(biāo)簽： FPGA 動(dòng)態(tài)可重構(gòu) 布局布線 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的編解碼器。從算法性能和硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度兩個(gè)方面，將該算法與具有類似算法結(jié)構(gòu)的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實(shí)現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復(fù)雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運(yùn)算單元，從而很大程度上提高了模塊的運(yùn)行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進(jìn)行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時(shí)序仿真和驗(yàn)證。在硬件系統(tǒng)測試階段，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FPGA與PC機(jī)的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗(yàn)證的工作效率。
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達(dá)信號的處理器的能力己成為制約雷達(dá)目標(biāo)錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個(gè)VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達(dá)信號以最高的質(zhì)量和最低的代價(jià)遠(yuǎn)距離傳輸，而達(dá)到這一要求的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)一雷達(dá)信息的壓縮處理也將受到雷達(dá)信號預(yù)處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達(dá)信號預(yù)處理系統(tǒng)是一項(xiàng)很有價(jià)值和實(shí)際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎(chǔ)上，面向?qū)嶋H應(yīng)用的需求，主要研究VTS雷達(dá)信號預(yù)處理算法的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)手段，設(shè)計(jì)完成了一個(gè)數(shù)字化的雷達(dá)原始信號實(shí)時(shí)采集與處理系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)主要包括雷達(dá)信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結(jié)構(gòu)上，本設(shè)計(jì)采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達(dá)信號檢測器的設(shè)計(jì)，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實(shí)現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)討論了雜波的抑制方法和目標(biāo)的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達(dá)信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎(chǔ)上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設(shè)計(jì)要求的CFAR算法和雙極點(diǎn)濾波雷達(dá)信號檢測器在FPGA中實(shí)現(xiàn)。 論文中對設(shè)計(jì)中所采用的方法給出了理論分析、試驗(yàn)仿真結(jié)果和試驗(yàn)實(shí)際調(diào)試結(jié)果。通過本文所述的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)的雷達(dá)信號預(yù)處理系統(tǒng)對雷達(dá)視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達(dá)雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達(dá)雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
標(biāo)簽： 雷達(dá)信號 法的研究 預(yù)處理
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文以“機(jī)車車輛輪對動(dòng)態(tài)檢測裝置”為研究背景，以改進(jìn)提升裝置性能為目標(biāo)，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實(shí)現(xiàn)圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的基本系統(tǒng)。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發(fā)板作為硬件平臺，在開發(fā)工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環(huán)境中完成軟核的設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證。 數(shù)據(jù)采集部分完成的功能是將由模擬攝像機(jī)拍攝到的圖像信號進(jìn)行數(shù)字化，然后從數(shù)據(jù)流中提取有效數(shù)據(jù)，加以適當(dāng)裁剪，最后將奇偶場圖像數(shù)據(jù)合并成幀，存儲到存儲器中。數(shù)字化及碼流產(chǎn)生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設(shè)置、控制，并對數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 圖像處理算法部分考慮到實(shí)時(shí)性與算法復(fù)雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實(shí)現(xiàn)了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據(jù)JPEG標(biāo)準(zhǔn)基本系統(tǒng)順序編碼模式，在FPGA上實(shí)現(xiàn)了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數(shù)DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數(shù)RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)塊對系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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指紋識別作為生物特征識別的一種，在身份識別上有著其他手段不可比擬的優(yōu)越性：人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價(jià)格的降低．指紋的采集相對容易；指紋識別算法已經(jīng)比較成熟
標(biāo)簽： 指紋識別 算法 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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