加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著無(wú)可替代的作用,它直接影響著國(guó)家的未來(lái)和發(fā)展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步,原有的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)算法及其變形的安全強(qiáng)度已經(jīng)難以適應(yīng)新的安全需要,其實(shí)現(xiàn)速度、代碼大小和跨平臺(tái)性均難以繼續(xù)滿足新的應(yīng)用需求.在未來(lái)的20年內(nèi),高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn).高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法是采用對(duì)稱密鑰密碼實(shí)現(xiàn)的分組密碼,支持128比特分組長(zhǎng)度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長(zhǎng)度.無(wú)論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對(duì)計(jì)算環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng),性能穩(wěn)定,密鑰建立時(shí)間優(yōu)良,密鑰靈活性強(qiáng).存儲(chǔ)需求量低,即使在空間有限的環(huán)境使用也具備良好的性能.在分析高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法原理的基礎(chǔ)上,描述了圈變換及密鑰擴(kuò)展的詳細(xì)編制原理,用硬件描述語(yǔ)言(VHDL)描述了該算法的整體結(jié)構(gòu)和算法流程.詳細(xì)論述了分組密碼的兩種運(yùn)算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)原理,重點(diǎn)論述了基本體系結(jié)構(gòu)、循環(huán)展開(kāi)結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)、外部流水線結(jié)構(gòu)、混合流水線結(jié)構(gòu)及資源共享結(jié)構(gòu)等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎(chǔ)上,采用自頂向下設(shè)計(jì)思想,論述了高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法的FPGA設(shè)計(jì)方法,提出了具體模塊劃分方法并對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述.圈變換采用內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu),多個(gè)圈變換采用資源共享結(jié)構(gòu),密鑰調(diào)度與加密運(yùn)算并行執(zhí)行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應(yīng)性.
上傳時(shí)間： 2013-06-20
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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(shí)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(yùn)算次數(shù))基準(zhǔn).網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,對(duì)安全性的需要變得越來(lái)越重要.然而,盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步很快,安全性問(wèn)題仍然相對(duì)落后.由于FPGA所提供的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì),特別是新的高速版本,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)安全性支持.FPGA是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性和功能升級(jí)的關(guān)鍵,對(duì)于容錯(cuò)、IPSec協(xié)議和系統(tǒng)接口問(wèn)題而言這兩點(diǎn)非常重要.而且,FPGA還為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)現(xiàn),即用FPGA實(shí)現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過(guò)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(duì)3DES算法及IDEA、MD5算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對(duì)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(shì),并重點(diǎn)說(shuō)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(gè)系統(tǒng)的重要一環(huán),本文講述了PCI總線的特點(diǎn)和性能,以及總線的信號(hào).由于遵從高速性的要求,我們?cè)谟布x型的時(shí)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(qiáng),速度也非常快,但目前價(jià)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(jià)格低廉,產(chǎn)品成熟等特點(diǎn),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(huì)對(duì)這些器件特性做相應(yīng)說(shuō)明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點(diǎn)之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實(shí)現(xiàn),以Xilinx公司VIRTEXII結(jié)構(gòu)的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實(shí)現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì).
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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ASIC對(duì)產(chǎn)品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對(duì)較低,運(yùn)算速度也受到限制.常規(guī)ASIC的硬件具有速度優(yōu)勢(shì)和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統(tǒng)硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的出現(xiàn),使建立在可再配置硬件基礎(chǔ)上的進(jìn)化硬件(EHW)成為智能硬件電路設(shè)計(jì)的一種新方法.作為進(jìn)化算法和可編程器件技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,可重構(gòu)FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實(shí)現(xiàn)方法.論文認(rèn)為面向分類的專用類可重構(gòu)FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構(gòu)電路粒度劃分的針對(duì)性更強(qiáng)、設(shè)計(jì)更易實(shí)現(xiàn).論文研究的可重構(gòu)FPGA的BCH通訊糾錯(cuò)碼進(jìn)化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實(shí)用價(jià)值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設(shè)計(jì)——求取實(shí)驗(yàn)用BCH碼的生成多項(xiàng)式和校驗(yàn)多項(xiàng)式及其相應(yīng)的矩陣并構(gòu)造實(shí)驗(yàn)用BCH碼;(2)建立基于可重構(gòu)FPGA的基核——構(gòu)造具有可重構(gòu)特性的硬件功能單元,以此作為可重構(gòu)BCH碼電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ);(3)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)BCH糾錯(cuò)碼電路的方法——建立可重構(gòu)糾錯(cuò)碼硬件電路算法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;(4)在可重構(gòu)糾錯(cuò)碼電路基礎(chǔ)上,構(gòu)造進(jìn)化硬件控制功能塊的結(jié)構(gòu),完成各進(jìn)化RLA控制模塊的驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn).課題是將可重構(gòu)BCH碼的編譯碼電路的實(shí)現(xiàn)作為一類ASR-FPGA的研究目標(biāo),主要成果是根據(jù)可編程邏輯電路的特點(diǎn),選擇一種可編程樹(shù)的電路模型,并將它作為可重構(gòu)FPGA電路的基核T;通過(guò)對(duì)循環(huán)BCH糾錯(cuò)碼的構(gòu)造原理和電路結(jié)構(gòu)的研究,將基核模型擴(kuò)展為能滿足糾錯(cuò)碼電路需要的糾錯(cuò)碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對(duì)FPGA進(jìn)行"格式化",使T規(guī)則排列在FPGA上,通過(guò)對(duì)T的控制端的不同配置來(lái)實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)碼的各個(gè)功能單元;在可重構(gòu)基核的基礎(chǔ)上提出了糾錯(cuò)碼重構(gòu)電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進(jìn)化硬件描述語(yǔ)言,通過(guò)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的VHDL語(yǔ)言描述以實(shí)現(xiàn)硬件電路;采用RLA模型的有限狀態(tài)機(jī)FSM方式實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)糾錯(cuò)碼電路的EHW的各個(gè)控制功能塊.在實(shí)驗(yàn)方面,利用Xilinx FPGA開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中的VHDL語(yǔ)言和電路圖相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法建立了循環(huán)糾錯(cuò)碼基核單元的可重構(gòu)模型,進(jìn)行循環(huán)糾錯(cuò)BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn).課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯(cuò)碼電路,立足于解決基于可重構(gòu)FPGA核的設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題.課題的研究成果及其總結(jié)的一套ASR-FPGA進(jìn)化硬件電路的設(shè)計(jì)方法對(duì)實(shí)際的進(jìn)化硬件設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結(jié)構(gòu)的研究方法為新型進(jìn)化硬件的器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也可提供一種借鑒.
標(biāo)簽： FPGA 可重構(gòu) 通訊 糾錯(cuò)
上傳時(shí)間： 2013-07-01
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目前,以互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,正快速地向包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像的綜合寬帶多媒體方向發(fā)展,構(gòu)建寬帶化、大容量、全業(yè)務(wù)、智能化的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)已成為大勢(shì)所趨.寬帶無(wú)線接入(BWA)憑借其組網(wǎng)快速靈活、運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便及成本較低等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),迅速成為市場(chǎng)熱點(diǎn),各種微波、無(wú)線通信領(lǐng)域的先進(jìn)手段和方法不斷引入,各種寬帶無(wú)線接入技術(shù)迅速涌現(xiàn).由于BWA要用于非視距傳輸,所以必須考慮無(wú)線信道的多經(jīng)效應(yīng).而OFDM技術(shù)憑借著魯棒的對(duì)抗頻率選擇性衰落能力和極高頻譜效率引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視.其基本思想是把調(diào)制在單載波上的高速串行數(shù)據(jù)流,分成多路低速的數(shù)據(jù)流,調(diào)制到多個(gè)正交載波上并行傳輸,這樣在傳輸時(shí),雖然整個(gè)信道是頻率選擇性衰落,但是各個(gè)子信道卻是平坦衰落,有效對(duì)抗了多經(jīng)效應(yīng),同時(shí)由于各個(gè)子載波是正交的,極大提高了頻譜效率.可以預(yù)料的是,隨著通信系統(tǒng)將向基于IPv6核心網(wǎng)的全I(xiàn)P包的傳輸方向發(fā)展,越來(lái)越多的通信系統(tǒng)將具有"突發(fā)模式"的特征.本文關(guān)注的正是突發(fā)OFDM系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).由于IEEE 802.11a無(wú)線局域網(wǎng)是OFDM技術(shù)第一次真正的應(yīng)用于突發(fā)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了面向IP的無(wú)線寬帶傳輸,所以基于IEEE 802.11a的突發(fā)OFDM系統(tǒng)有著重要的借鑒和研究?jī)r(jià)值,本文也正是圍繞著這個(gè)中心而展開(kāi).本文的各章節(jié)安排如下:在第一章中主要介紹OFDM的技術(shù)原理和在寬帶無(wú)線接入中的應(yīng)用,同時(shí)引出本文所關(guān)注的突發(fā)OFDM接收機(jī)設(shè)計(jì).在第二章中先介紹了相干接收和信道估計(jì)的概念,重點(diǎn)分析了本文所采用的WLAN信道模型和信道估計(jì)算法,然后在得到同步誤差表達(dá)式的基礎(chǔ)上,先用星座圖直觀的表現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中各種同步誤差的影響,再?gòu)男旁氡葥p失的角度對(duì)符種同步誤差進(jìn)行分析.第三章是本文的重點(diǎn)之一,在本章中對(duì)基于IEEE 802.11a的各種同步算法包括幀檢測(cè)和符號(hào)定時(shí)、載波同步和采樣時(shí)鐘同步進(jìn)行仿真和比較,并針對(duì)適合FPGA實(shí)現(xiàn)的同步算法進(jìn)行了重點(diǎn)的分析.第四章也是本文的重點(diǎn)之一,提出了整個(gè)OFDM系統(tǒng)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)和基于IEEE 802.11a的接收機(jī)FPGA設(shè)計(jì)方案,然后從整體上介紹了接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),并給出了接收機(jī)各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì),最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析.
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來(lái)越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻壓縮編碼中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性主要取決于運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)在視頻編碼器中承擔(dān)的運(yùn)算量最大、控制最為復(fù)雜，由于對(duì)視頻編碼的實(shí)時(shí)性要求，因此運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊一般都采用硬件來(lái)設(shè)計(jì)。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實(shí)現(xiàn)的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)理論及其主要技術(shù)指標(biāo)，介紹了運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對(duì)典型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實(shí)現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對(duì)已有的用于全搜索算法實(shí)現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了符合二步搜索算法要求的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對(duì)其理論分析之后，對(duì)實(shí)現(xiàn)該算法的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了功能模塊的劃分，并運(yùn)用VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言、ISE及Modelsim開(kāi)發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對(duì)各功能模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與時(shí)序仿真。最后，對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了仿真測(cè)試，給出了其在FPGA上搭建實(shí)現(xiàn)后的時(shí)序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過(guò)對(duì)時(shí)序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計(jì)的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊能夠正確的實(shí)現(xiàn)二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，并輸出正確的運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)果；通過(guò)對(duì)占用硬件資源及時(shí)鐘頻率情況的分析驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進(jìn)性和實(shí)時(shí)可實(shí)現(xiàn)性。
標(biāo)簽： FPGA 運(yùn)動(dòng)估計(jì) 算法 仿真
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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隨著圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識(shí)別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對(duì)生物特征市場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，該領(lǐng)域的收入的年增長(zhǎng)率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識(shí)別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場(chǎng)的需求。目前指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識(shí)別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最熱門(mén)的概念。NiosⅡ是Altera公司開(kāi)發(fā)的一種采用流水線技術(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識(shí)別系統(tǒng)對(duì)速度的要求。 本文對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對(duì)算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識(shí)別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對(duì)指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識(shí)別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識(shí)率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲(chǔ)器以及小鍵盤(pán)和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開(kāi)發(fā)板對(duì)硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對(duì)這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識(shí)別 法的研究 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在寬帶無(wú)線多媒體通信領(lǐng)域中受到了廣泛的關(guān)注。 OFDM系統(tǒng)可分為連續(xù)工作模式和突發(fā)工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中采用了OFDM的突發(fā)工作模式，該模式下的接收機(jī)首先對(duì)符合某種特定格式的幀做出檢測(cè)。本文介紹了一種基于最小錯(cuò)誤概率準(zhǔn)則的幀檢測(cè)算法，提出了該算法的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。 同步技術(shù)是OFDM最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它包括載波頻率同步和符號(hào)同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對(duì)于發(fā)送端的載波頻率偏移，以保證子載波間的正交性；符號(hào)同步確定OFDM符號(hào)有用數(shù)據(jù)信息的開(kāi)始時(shí)刻，也就是確定FFT窗的開(kāi)始時(shí)刻。本文首先介紹了一種基于自相關(guān)的載波頻率同步算法，給出了它的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，重點(diǎn)講述了其中用到的Cordic算法及其實(shí)現(xiàn)；然后介紹了分別基于互相關(guān)和自相關(guān)的兩種符號(hào)同步算法，給出了各自的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，從實(shí)現(xiàn)的角度比較了兩種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，并且在FPGA設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了面積復(fù)用和流水線操作的設(shè)計(jì)思想。 文章最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試的情況，總結(jié)出一種ChipScopePro與Matlab相結(jié)合的調(diào)試方法，該方法在FPGA調(diào)試方面具有一定的通用性。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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本文主要研究Turbo碼的編碼和譯碼算法及其FPGA硬件實(shí)現(xiàn).在概述信道編碼理論及其發(fā)展歷程之后,簡(jiǎn)要地論述了Turbo碼的原理.然后分別對(duì)Turbo碼的MAP譯碼算法,LOG-MAP算法進(jìn)行推導(dǎo),在給出LOG-MAP的推導(dǎo)之后,提出了對(duì)于LOG-MAP譯碼算法的兩點(diǎn)改進(jìn),采用三階牛頓插值函數(shù)對(duì)校驗(yàn)函數(shù)進(jìn)行擬合,采用雙滑動(dòng)窗口技術(shù)取代傳統(tǒng)的單滑動(dòng)窗口技術(shù).Turb碼還有一種譯碼復(fù)雜度相對(duì)較低的算法——SOVA算法,本文也給出了SOVA算法的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程.在對(duì)LOG-MAP和SOVA算法的詳細(xì)推導(dǎo)之后,本文給出Turbo碼的軟件仿真,采用Matlab語(yǔ)言編寫(xiě)Turbo碼仿真系統(tǒng)程序,仿真系統(tǒng)比較了單滑動(dòng)窗口技術(shù)和雙滑動(dòng)窗口技術(shù)在不同的信噪比下的譯碼性能.在軟件仿真的基礎(chǔ)上,本文給出了Turbo碼編碼器和采用LOG-MAP譯碼算法譯碼器的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)方法.
上傳時(shí)間： 2013-06-19
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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(kāi)發(fā)著手，研究了AES算法的設(shè)計(jì)原則、數(shù)學(xué)知識(shí)、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(duì)ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，對(duì)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(lái)的復(fù)雜的運(yùn)算分別轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)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(duì)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(guò)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(guò)程中采用了與加密相一致的過(guò)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(kāi)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(cè)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(kāi)發(fā)環(huán)境下對(duì)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(cè)試的過(guò)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(tái)上。但是，在干擾環(huán)境下也顯現(xiàn)出許多問(wèn)題。由于其到達(dá)地球表面的信號(hào)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(hào)更易受到干擾，并且隨著導(dǎo)航戰(zhàn)的發(fā)展對(duì)GPS的抗干擾已成為爭(zhēng)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(jiǎn)要介紹了GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成，通過(guò)對(duì)GPS信號(hào)特征以及接收機(jī)抗干擾能力的分析，結(jié)合干擾對(duì)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(duì)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(lái)，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(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。 研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)最佳化準(zhǔn)則和空域自適應(yīng)濾波的理解，首先對(duì)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(duì)稱圓形天線陣列的基礎(chǔ)上對(duì)空域自適應(yīng)算法進(jìn)行了仿真分析，針對(duì)其自由度有限的問(wèn)題接著對(duì)空時(shí)濾波方法做了詳細(xì)討論，在7元對(duì)稱圓形陣列的基礎(chǔ)上仿真說(shuō)明了二者各自的優(yōu)缺點(diǎn)。考慮到實(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(duì)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(shuō)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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