基于FPGA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測是未來的發(fā)展方向，而網(wǎng)絡(luò)包頭的分類是入侵檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵。 文章首先介紹了FPGA技術(shù)的基本原理以及其在信息安全方面的應(yīng)用，接著介紹入侵檢測系統(tǒng)以及FPGA技術(shù)在入侵檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。 分析了幾種比較出名的網(wǎng)絡(luò)包分類算法，包括軟件分類方法、TCAM分類算法、BV算法、Tree Bitmap算法以及端口范圍分類算法。 在此基礎(chǔ)上，文章設(shè)計了一個基于FPGA技術(shù)的入侵檢測系統(tǒng)包分類的基本框架圖，實現(xiàn)框架圖中的各個基本功能模塊。在實現(xiàn)過程中，提出了一類結(jié)合三態(tài)內(nèi)容可尋址內(nèi)存(TCAM)和普通存儲器(RAM)的網(wǎng)絡(luò)包包頭分類方案。我們將檢測規(guī)則編號并位圖化，使用RAM存儲與包頭結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)則位圖，通過TCAM上的數(shù)據(jù)匹配操作，快速關(guān)聯(lián)待分析的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包與入侵檢測規(guī)則。文章還討論了網(wǎng)包頭分類方法的優(yōu)化算法，將優(yōu)化算法與未優(yōu)化算法在速度和空間上進行比較。此外，還討論了對Snort的規(guī)則庫進行整理和規(guī)則化的問題。 最后，對所設(shè)計的包頭分類匹配模塊在Quartus II進行仿真評估，將實驗結(jié)果與已有的一些分類算法進行了比較。結(jié)果說明，本設(shè)計在匹配速度和更新速度上有優(yōu)勢，但消耗了較多的存儲空間．
標簽： 入侵檢測系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 包分類 技術(shù)研究
上傳時間： 2013-07-17
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目前，數(shù)字信號處理廣泛應(yīng)用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領(lǐng)域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現(xiàn)方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應(yīng)用的超大規(guī)模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優(yōu)點，大大推動了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的單片化、自動化，縮短了單片數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計周期、提高了設(shè)計的靈活性和可靠性，在超高速信號處理和實時測控方面有非常廣泛的應(yīng)用。本文對FPGA的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)進行研究，基于FPGA在數(shù)據(jù)采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，把FPGA作為整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的控制核心。主要研究內(nèi)容如下： FPGA的單片系統(tǒng)研究。針對數(shù)據(jù)采集與處理，對FPGA進行選型，設(shè)計了基于FPGA的單片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。把整個控制系統(tǒng)分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設(shè)計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設(shè)計了通道選擇控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計。FFT算法在數(shù)字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，提出了用FPGA實現(xiàn)FFT的一種設(shè)計思想，給出了總體實現(xiàn)框圖。分別設(shè)計了旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設(shè)計實現(xiàn)了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設(shè)計實現(xiàn)了蝶形處理單元中的旋轉(zhuǎn)因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復(fù)雜度。理論分析和仿真結(jié)果表明，狀態(tài)機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協(xié)調(diào)的控制。 存儲控制模塊的設(shè)計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數(shù)據(jù)進行存儲，設(shè)計了FPGA與閃存的硬件連接，設(shè)計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現(xiàn)進行了研究，結(jié)合單片系統(tǒng)的特點，把整個系統(tǒng)分為多通道采樣控制模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，存儲控制模塊進行設(shè)計和仿真。設(shè)計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結(jié)果表明，此FPGA單片系統(tǒng)可完成對實時信號的高速采集與處理。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 處理技術(shù)
上傳時間： 2013-07-06
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圖像處理技術(shù)是信息科學中近幾十年來發(fā)展最為迅速的學科之一。目前，數(shù)字圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航體、通信、醫(yī)學及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一般來講有三種方式：專用的圖像處理器件主要有專用集成芯片(Application SpecificIntegrated Circuit)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Process)和現(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammable GateArray)以及相關(guān)電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預(yù)處理的數(shù)據(jù)量很大，要求處理速度快，但運算結(jié)果相對比較簡單。相對于其他兩種系統(tǒng)，基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)非常合適用于圖像的預(yù)處理。 本文設(shè)計了一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)。它的主要功能有：對攝像頭送來的視頻數(shù)據(jù)進行采集，并把它數(shù)字化；實現(xiàn)中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像增強算法；將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。 圖像處理系統(tǒng)由主處理器單元、圖像編碼單元和圖像解碼單元三部分組成。FPGA作為整個系統(tǒng)的核心器件，不僅要模擬出12C總線協(xié)議，完成視頻解碼芯片和編碼芯片的初始化；還要對視頻流同步信號提取，實現(xiàn)圖像采集控制，并將圖像信號存儲在SRAM中；圖像增強算法也是在FPGA中實現(xiàn)。采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7111A將模擬視頻轉(zhuǎn)化數(shù)字視頻；視頻編碼芯片SAA7121完成數(shù)字視頻到模擬視頻的轉(zhuǎn)化。
標簽： FPGA 圖像處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-19
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隨著城市居民住房的發(fā)展，樓房用表需求量不斷增大，傳統(tǒng)的把多個電能表掛在一起的計量方式越來越顯出它的弊端；即體積大，成本高，工程造價高，不利于新型住房的集中用電管理。多用戶、多功能智能電表不僅能很好地解決上述問題，還能實現(xiàn)很多智能化的功能。 多用戶多功能智能電能表可同時計量48戶居民的用電量。該電能表采用2塊LPC2294控制，以完成數(shù)據(jù)的通信和采集；采用2塊ARM，以減輕CUP的負擔，提高系統(tǒng)的多功能化和智能化。相對于單用戶電表，多用戶電表有多達32路以上通道，采用同一系統(tǒng)進行分時處理，該系統(tǒng)采用12位A／D轉(zhuǎn)換芯片AD8364，能保證數(shù)據(jù)采集的精度和速度。上位機還能實現(xiàn)與銀聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可遠程控制用戶的用電。多用戶、多功能電能表在靈活性、多功能化、智能化、精度等方面都有優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術(shù)的發(fā)展，指紋識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域。對于一般的指紋識別系統(tǒng)，其設(shè)計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應(yīng)該具有較低的復(fù)雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據(jù)不同的識別算法采用不同的實現(xiàn)平臺，使得指紋識別系統(tǒng)具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設(shè)計領(lǐng)域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發(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，可以將它嵌入到FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統(tǒng)。 本文在綜合考慮各種應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、指紋識別技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，提出了一種有效可行的系統(tǒng)架構(gòu)方案。對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統(tǒng)的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現(xiàn)指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設(shè)計了一套實用的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2、針對指紋圖像預(yù)處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，在保證系統(tǒng)誤識率較低、可靠性高的基礎(chǔ)上，大大提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度； 3、改變了傳統(tǒng)的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統(tǒng)的誤識率； 4、改進了傳統(tǒng)的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結(jié)合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結(jié)合COM+技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了后臺指紋特征匹配服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了嵌入式指紋識別系統(tǒng)同數(shù)據(jù)庫的實時信息交換。 實驗結(jié)果表明，本文所提出的系統(tǒng)構(gòu)架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展前景。
標簽： FPGA 嵌入式 指紋識別 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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偽隨機序列 (Pseudo-Random Sequence，PRS)廣泛應(yīng)用于密碼學、擴頻通信、雷達、導航等領(lǐng)域，其設(shè)計和分析一直是國際上的研究熱點。混沌序列作為一種性能優(yōu)良的偽隨機序列，近年來受到越來越多的關(guān)注。尋找一種性能更為良好的混沌偽隨機序列(ChaosPseudo Random Sequence，CPRS)并且完成其硬件實現(xiàn)，在理論研究與工程應(yīng)用上都是十分有價值的。基于切延遲橢圓反射腔映射混沌系統(tǒng)(Tangent-Delay Ellipse Reflecting Cavity map System，TD-ERCS)已被理論分析和測試證明具有良好的密碼學性質(zhì)。本文介紹了一種基于TD-ERCS構(gòu)造偽隨機序列發(fā)生器 (Pseudo Random SequenceGenerator，PRSG)的新方法；并基于這種方法，提出了以現(xiàn)場可編程門陣列 (Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)為平臺的硬件設(shè)計實現(xiàn)方案，采用硬件描述語言 (VHSIC Hardware DescriptionLanguage，VHDL )完成了整個系統(tǒng)的設(shè)計，通過了仿真與適配，完成了硬件調(diào)試；詳細地論述了系統(tǒng)總體框架及內(nèi)部模塊設(shè)計，重點介紹了TD-ERCS算法實現(xiàn)單元的設(shè)計，并在系統(tǒng)中設(shè)計加入了異步串行接口，完善了整個系統(tǒng)的模塊化，可使系統(tǒng)嵌入到現(xiàn)有的各類密碼系統(tǒng)與設(shè)備中；基于FDELPHI編程環(huán)境，完成了計算機應(yīng)用軟件的設(shè)計，為使用基于TD-ERCS開發(fā)的PRSG硬件產(chǎn)品提供了人機交互界面，也為分析與測試硬件系統(tǒng)產(chǎn)生的CPRS提供了方便；同時依據(jù)美國國家標準與技術(shù)研究院 (National Institute of Standards andTechnology，NIST)提出的偽隨機序列性能指標，對軟件與硬件系統(tǒng)產(chǎn)生的CPRS進行了標準測試，軟件方法所得序列各項性能指標完全合格，硬件FPGA所得序列僅三項測試未能通過，其原因有待進一步研究。
上傳時間： 2013-06-20
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隨著計算機運算速度的提高和計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于離散對數(shù)問題和大整數(shù)因子分解問題的數(shù)字簽名算法越來越不能滿足信息安全的需要。為了滿足信息安全的要求，安全性依賴于橢圓曲線離散對數(shù)困難問題(ECDLP)的橢圓曲線密碼體制是當前密碼學界研究的熱點之一。現(xiàn)有的求解ECDLP的算法都是全指數(shù)時間復(fù)雜度的算法。由于專用集成電路具有速度快、性能好、安全性高等優(yōu)勢，使得采用專用集成電路來實現(xiàn)橢圓曲線密碼體制己成為主要趨勢。因此，本課題著眼于應(yīng)用，針對基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的FPGA實現(xiàn)進行了較為深入的探討與研究。 本課題從實際應(yīng)用的需要出發(fā)，以初等數(shù)論、有限域理論、數(shù)字簽名技術(shù)和橢圓曲線理論為依據(jù)，確定了如下基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的硬件實現(xiàn)方案：首先，對實現(xiàn)基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法所需的算法和技術(shù)進行了剖析和系統(tǒng)設(shè)計。然后，按照層次化、模塊化的設(shè)計思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述語言VHDL作為設(shè)計輸入，對各運算器和控制模塊進行電路設(shè)計；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具對之進行功能仿真，以保證底層設(shè)計的正確性。最后，在確保每個模塊的設(shè)計正確的前提下，完成電路的總體設(shè)計，再進行總體設(shè)計的仿真與測試。 本課題對Schnorr數(shù)字簽名算法的改進，實現(xiàn)了比未改進前的Schnorr數(shù)字簽名算法平均節(jié)省三分之一的運行時間。對基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的設(shè)計也獲得了良好的指標：產(chǎn)生簽名只需要1ms多的時間，驗證簽名也需要不到3ms。本課題的研究對實現(xiàn)電子交易安全方面有重要的作用，尤其是在密鑰分配、電子貨幣、電子證券、電子商務(wù)和電子政務(wù)等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價值，其成果具有廣泛的應(yīng)用前景。
標簽： 橢圓曲線 密碼體制 數(shù)字簽名算法
上傳時間： 2013-04-24
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紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數(shù)據(jù)的吞吐量大，對實時系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)換的速度是一個關(guān)鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器，并行算法或?qū)Ｓ糜布ｋS著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發(fā)展，當前的FPGA芯片已經(jīng)能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，F(xiàn)PGA芯片非常適合這項工作。 本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關(guān)性。詳細內(nèi)容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實現(xiàn)方案，該方案針對移動設(shè)備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數(shù)空間到紋理地址的計算中用定點數(shù)來實現(xiàn)。詳細內(nèi)容請閱讀第四章。 3、實現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產(chǎn)生電路，及紋理濾波電路的FPGA設(shè)計，并給出設(shè)計的綜合和仿真結(jié)果。詳細內(nèi)容請閱讀第五章4、實現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關(guān)鍵路徑進行了優(yōu)化；除法器為基于改進型泰勒級數(shù)展開的查找表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，查找表尺寸只有208字節(jié)，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復(fù)雜度方面進行了較好的平衡。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電(Software Radio)具有高度靈活性、開放性，很容易實現(xiàn)與現(xiàn)有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯(lián)互通的要求。而基于多相濾波器組的信道化軟件無線電接收技術(shù)以其固有的全概率接收、降采樣速率以及其大幅提高運算速率的能力越來越受到重視。本文主要研究了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發(fā)展狀況，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設(shè)計中所用到的帶通采樣技術(shù)、信號的抽取技術(shù)與多相濾波技術(shù)。 然后簡要介紹了信道化中頻接收機的射頻(Radio Frequency，RF)前端接收技術(shù)，設(shè)置寬中頻超外差接收機射頻前端的設(shè)計指標，給出了改進的實信號濾波器組低通型實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并依此推導和建立了實信號多相濾波器組信道化中頻接收機的數(shù)學模型。 最后基于EP1S80開發(fā)平臺實現(xiàn)了實信號多相濾波器組信道化的中頻接收機。給出了多相濾波器、抽取運算、FFT運算、信道劃分以及復(fù)乘運算的設(shè)計方案。仿真結(jié)果表明，該接收機能夠?qū)崿F(xiàn)對中頻信號的正確接收，驗證了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。
標簽： 信道 中頻 仿真實現(xiàn) 收機設(shè)計
上傳時間： 2013-06-12
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視頻圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，各種處理算法也日趨成熟，相關(guān)的硬件技術(shù)不斷地推陳出新。視頻圖像處理系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一般來說有三種方式：數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)、專用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關(guān)電路組成。最近幾年，隨著電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得基于FPGA的可編程片上系統(tǒng)(System On a Programmable Chip)逐漸成為嵌入式系統(tǒng)。應(yīng)用的一種趨勢。特別地，在視頻圖像處理系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)量大，要求處理速度快，靈活性高，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。鑒于此，本文對基于FPGA和SOPC技術(shù)的視頻圖像處理系統(tǒng)進行了研究。 本文介紹了Xilinx公司FPGA的結(jié)構(gòu)和功能特點，以及可編程片上系統(tǒng)的開發(fā)工具和片內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計流程。根據(jù)視頻信號的相關(guān)知識，編寫了視頻圖像處理IP核，構(gòu)建了視頻圖像處理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)以FPGA為核心器件，內(nèi)嵌PowerPC405處理器模塊，通過ⅡC總線完成視頻解碼芯片的初始化，總體上實現(xiàn)了對視頻圖像信號的采集、處理、存儲和顯示。 本文最后對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)過實驗驗證，系統(tǒng)能正確和可靠地工作。整個系統(tǒng)的邏輯資源消耗占FPGA的百分之十幾，剩余的資源可以做許多硬件算法或其它方面的應(yīng)用。
標簽： 視頻圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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