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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软件无线电是二十世纪九十年代提出的一种实现无线通信的体系结构，被认为是继模拟通信、数字通信之后的第三代无线电通信技术。它的中心思想是：构造一个开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，并使宽带模数和数模转换器尽可能靠近天线，从而将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。 本论文首先介绍了软件无线电的基本原理和三种结构形式，综述了软件无线电的几项关键技术及其最新研究进展。其中调制解调模块是软件无线电系统中的重要部分，集中体现了软件无线电最显著的优点——灵活性。目前这一部分的技术实现手段多种多样。随着近几年来芯片制造工艺的飞速发展，可编程器件FPGA以其高速的处理性能、高容量和灵活的可重构能力，成为实现软件无线电技术的重要手段。 本论文调制解调系统的设计，选择有代表性的16QAM和QPSK两种方式作为研究对象，采用SystemView软件作为系统级开发工具进行集成化设计。在实现系统仿真和FPGA整体规划后，着重分析用VHDL实现其中关键模块以及利用嵌入FPGA的CPU核控制调制解调方式转换的方法。同时，在设计中成功地调用了Xilinx公司的IP核，实现了设计复用。由于FPGA内部逻辑可以根据需要进行重构，因而硬件的调试和升级变得很容易，而内嵌CPU使信号处理过程可以用软件进行控制，充分体现了软件无线电的灵活性。 通过本论文的研究，初步验证了在FPGA内实现数字调制解调过程及控制的技术可行性和应用的灵活性，并对将来的扩展问题进行了研究和讨论，为实现完整的软件无线电系统奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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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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SignalTap II 内嵌逻辑分析仪是Altera 公司Quartus II 软件中内嵌的一种调试程序,通过把一段执行逻辑分析功能 的代码和客户的设计组合在一起编译、布局布线,完成传统逻辑分析仪的功能。介绍了SignalTap II 的基本内容、实现原理以及 在实际工程中的应用环境。结合ATM交换矩阵的设计实例,详细阐述了用SignalTapII 对FPGA 调试的具体方法和调试步骤, 以及在工程中的使用全过程。分析比较了该方法与传统的外置式逻辑分析仪的优劣,对SignalTap II 应用条件进行了阐述。
标签： SignalTapII FPGA 逻辑分析仪 调试
上传时间： 2013-07-13
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本文研制的数据采集器，用于采集导弹过载模拟试车台的各种参数,来评价导弹在飞行过程中的性能，由于试车台是高速旋转体，其工作环境恶劣，受电磁干扰大，而且设备要求高，如果遇到设备故障或设备事故，其损失相当巨大，保证设备的安全性和可靠性较为困难。 本文在分析数字通信技术的基础上，选用了基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)采用脉冲编码调制(PCM)通信实现多路数据采集器的设计，其优点是FPGA技术在数据采集器中可以进行模块化设计，增加了系统的抗干扰性、灵活性和适应性，并且可以将整个PCM通信系统设计成可编程序系统，用户只要稍加变更程序，则系统的被测路数、帧结构、码速率、标度等均可改变以适应任何场合。并且采用合理的纠错和加密编码能够实现数据在传输工程中的完整性和安全性。 通过对PCM通信的特点研究，研制了一套集采集与传输的系统。文章给出了各个模块的具体建模与设计，系统采用的是FPGA技术来实现数据采集和信号处理，采用VHDL实现了数字复接器和分接器、编解码器、调制与解调模块的建模与设计。采用基于NiosII实现串口通讯，构建了实时性和准确性通信网络，实现了数据的采集。 测试数据和数据采集的实验结果证明，采用FPGA技术实现PCM信号的编码、传输、解码，能够有较强的抗干扰性、抗噪声性能好、差错可控、易加密、易与现代技术结合，并且误码率较低，要远远优于传统的方法。
上传时间： 2013-04-24
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近些年来，FPGA已经成为现代电子、半导体行业的最重要组成部分之一，针对FPGA的综合技术的研究是电子设计自动化技术的重要研究方向。逻辑综合是FPGA综合的重要步骤，它包括逻辑优化和工艺映射。本文主要研究了针对一种新型ALM(Adaptive Logic Model)结构FPGA的工艺映射算法。 论文首先对已有FPGA逻辑综合技术进行了全面的总结，从逻辑优化和工艺映射两个方面分析了传统算法对ALM结构FPGA的适应性，通过分析我们得出结论，传统的逻辑优化算法仍然能够适用于ALM结构FPGA的逻辑综合，而工艺映射算法则需要进行改进。 在以上分析的基础上，根据ALM结构的特点，论文提出了一种以面积优化为主，同时考虑延迟的针对ALM结构FPGA的工艺映射算法——ALMmap。该算法包括几个子算法，递减迭代装箱算法能够很好的适应ALM结构的灵活性；通过ALM装箱算法并加入共享输入处理，将多个LUT装入一个ALM结构中；再汇聚路径的处理有助于提高效率和减少面积；算法在已有的多级分解算法基础上考虑了延迟因素，在不降低面积优化效果的同时降低了延迟；通过全局优化从全局范围对面积进行了进一步的优化。 最后，我们对ALMmap算法与传统算法进行了测试与比较，通过实验数据表明，ALMmap能够很好的发挥ALM结构的灵活性，考虑延迟的多级分解算法能够很好的降低延迟，与传统基于K-LUT的工艺映射算法相比，具有更好的面积与延迟综合性能。
上传时间： 2013-06-24
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
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8051处理器自诞生起近30年来，一直都是嵌入式应用的主流处理器，不同规模的805l处理器涵盖了从低成本到高性能、从低密度到高密度的产品。该处理器极具灵活性，可让开发者自行定义部分指令，量身订制所需的功能模块和外设接口，而且有标准版和经济版等多种版本可供选择，可让设计人员各取所需，实现更高性价比的结构。如此多的优越性使得8051处理器牢固地占据着庞大的应用市场，因此研究和发展8051及与其兼容的接口具有极大的应用前景。在众多8051的外设接口中，I2C总线接口扮演着重要的角色。通用的12C接口器件，如带12C总线的RAM，ROM，AD／DA，LCD驱动器等，越来越多地应用于计算机及自动控制系统中。因此，本论文的根本目的就是针对如何在8051内核上扩展I2C外设接口进行较深入的研究。 本课题项目采用可编程技术来开发805l核以及12C接口。由于8051内核指令集相容，我们能借助在现有架构方面的经验，发挥现有的大量代码和工具的优势，较快地完成设计。在8051核模块里，我们主要实现中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时／计数器、并行接口、串行接口和中断系统等七大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，这些都是标准8051核所具有的模块。在其之上我们再嵌入12C的串行通信模块，采用自下而上的方法，逐次实现一位的收发、一个字节的收发、一个命令的收发，直至实现I2C的整个通信协议。 8051核及I2C总线的研究通过可编程逻辑器件和一块外围I2C从设备TMPl01来验证。本课题的最终目的是可编程逻辑器件实现的8051核成功并高效地控制扩展的12C接口与从设备TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片开发的12C接口，数据的传输速率由该芯片嵌入8051微处理的时钟频率决定。经测试其传输速率可达普通速率和快速速率。 目前集成了该12C接口的8051核已经在工作中投入使用，主要用于POS设备的用户数据加密及对设备温度的实时控制。虽然该设备尚未大批量投产，但它已成功通过PCI(PaymentCardIndustry)协会认证。
上传时间： 2013-06-18
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随着我国信息化发展进程加快，信息化覆盖面扩大，信息安全问题也就随之增多，其影响和后果也更加广泛和严重。同时，信息安全及其对经济发展、国家安全和社会稳定的重大影响，正日益突出地显现出来，受到越来越多的关注。在和平年代，通过对信息载体进行大规模的物理破坏，从而达到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破坏者从来都没有放弃过，他们把目标对准了信息载体中的数据，由于数据的易失性，计算机数据成为信息安全中的最大隐患，同时也是破坏信息安全的一个突破口。 本文提出研制硬盘加密卡的主要目的是为了防止对计算机数据的窃取，保护硬盘中的数据。破坏者在得到硬盘后，也不能够得到硬盘中的数据，从而达到保护信息安全的目的。加密卡提供两个符合ATA-6标准的接口，串接在主板IDE接口和硬盘之间。存储在硬盘上的数据，是经过加密以后的加密数据；从硬盘上读出的数据，必须经过该卡的解密才可被正常使用，否则只是一堆乱码。加密卡采用FPGA技术实现IDE接口和加密算法，以减小加解密带来的速度上的影响。 论文的工作重点主要有以下几个方面的内容：FPGA及VHDL语言的研究，ATA协议标准研究及IDE接口的FPGA实现。论文对ATA协议做了细致的研究，分析了硬盘接口的工作机制以及主机与硬盘之间的通信协议，并在此基础上，重点研究了用FPGA的编程功能来实现一个计算机硬件底层接口协议的方法，详细介绍了芯片的内部框图及FPGA的软件流程图，提出了在实现过程中应注意的要点，最终用FPGA构建了一个双向IDE硬盘通道，实现了两套符合ATA-6规范的IDE接口。
上传时间： 2013-08-02
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