基于FPGA技術的網絡入侵檢測是未來的發展方向，而網絡包頭的分類是入侵檢測系統的關鍵。 文章首先介紹了FPGA技術的基本原理以及其在信息安全方面的應用，接著介紹入侵檢測系統以及FPGA技術在入侵檢測系統中的應用。 分析了幾種比較出名的網絡包分類算法，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。 在此基礎上，文章設計了一個基于FPGA技術的入侵檢測系統包分類的基本框架圖，實現框架圖中的各個基本功能模塊。在實現過程中，提出了一類結合三態內容可尋址內存(TCAM)和普通存儲器(RAM)的網絡包包頭分類方案。我們將檢測規則編號并位圖化，使用RAM存儲與包頭結構相關的規則位圖，通過TCAM上的數據匹配操作，快速關聯待分析的網絡數據包與入侵檢測規則。文章還討論了網包頭分類方法的優化算法，將優化算法與未優化算法在速度和空間上進行比較。此外，還討論了對Snort的規則庫進行整理和規則化的問題。 最后，對所設計的包頭分類匹配模塊在Quartus II進行仿真評估，將實驗結果與已有的一些分類算法進行了比較。結果說明，本設計在匹配速度和更新速度上有優勢，但消耗了較多的存儲空間．
上傳時間： 2013-07-17
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目前，數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域，信號處理算法理論己趨于成熟，但其具體硬件實現方法卻值得探討。FPGA是近年來廣泛應用的超大規模、超高速的可編程邏輯器件，由于其具有高集成度、高速、可編程等優點，大大推動了數字系統設計的單片化、自動化，縮短了單片數字系統的設計周期、提高了設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用。本文對FPGA的數據采集與處理技術進行研究，基于FPGA在數據采樣控制和信號處理方面的高性能和單片系統發展的新熱點，把FPGA作為整個數據采集與處理系統的控制核心。主要研究內容如下： FPGA的單片系統研究。針對數據采集與處理，對FPGA進行選型，設計了基于FPGA的單片系統的結構。把整個控制系統分為三個部分：多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊。 多通道采樣控制模塊的設計。利用4片AD7506和一片AD7862對64路模擬量進行周期采樣，分別設計了通道選擇控制模塊和A/D轉換控制模塊，并進行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采樣控制。 數據處理模塊的設計。FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件實現結構，提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想，給出了總體實現框圖。分別設計了旋轉因子復數乘法器，碟形運算單元，存儲器，控制器，并分別進行了仿真。重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元，采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器，從而提高了蝶形處理器的運算速度，降低了運算復雜度。理論分析和仿真結果表明，狀態機控制器成功地對各個模塊進行了有序、協調的控制。 存儲控制模塊的設計。利用閃存芯片K9K1G08UOA對采集處理后的數據進行存儲，設計了FPGA與閃存的硬件連接，設計了存儲控制模塊。 本文對FFT算法的硬件實現進行了研究，結合單片系統的特點，把整個系統分為多通道采樣控制模塊，數據處理模塊，存儲控制模塊進行設計和仿真。設計采用VHDL編寫程序的源代碼。仿真測試結果表明，此FPGA單片系統可完成對實時信號的高速采集與處理。
上傳時間： 2013-07-06
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圖像處理技術是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。目前，數字圖像處理技術被廣泛應用于航空航體、通信、醫學及工業生產領域中。圖像處理系統的硬件實現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)、數字信號處理器(Digital Signal Process)和現場可編程門陣列(FieldProgrammable GateArray)以及相關電路組成。它們可以實時高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中，低層的圖像預處理的數據量很大，要求處理速度快，但運算結果相對比較簡單。相對于其他兩種系統，基于FPGA的圖像處理系統非常合適用于圖像的預處理。 本文設計了一種基于FPGA的圖像處理系統。它的主要功能有：對攝像頭送來的視頻數據進行采集，并把它數字化；實現中值濾波和邊緣檢測這兩種圖像增強算法；將數字視頻信號轉換為模擬信號。 圖像處理系統由主處理器單元、圖像編碼單元和圖像解碼單元三部分組成。FPGA作為整個系統的核心器件，不僅要模擬出12C總線協議，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。采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7111A將模擬視頻轉化數字視頻；視頻編碼芯片SAA7121完成數字視頻到模擬視頻的轉化。
上傳時間： 2013-07-19
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隨著城市居民住房的發展，樓房用表需求量不斷增大，傳統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，以完成數據的通信和采集；采用2塊ARM，以減輕CUP的負擔，提高系統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，采用同一系統進行分時處理，該系統采用12位A／D轉換芯片AD8364，能保證數據采集的精度和速度。上位機還能實現與銀聯系統聯網，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、精度等方面都有優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節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；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現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，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，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。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統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的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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偽隨機序列 (Pseudo-Random Sequence，PRS)廣泛應用于密碼學、擴頻通信、雷達、導航等領域，其設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良的偽隨機序列，近年來受到越來越多的關注。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，在理論研究與工程應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(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。本文介紹了一種基于TD-ERCS構造偽隨機序列發生器 (Pseudo Random SequenceGenerator，PRSG)的新方法；并基于這種方法，提出了以現場可編程門陣列 (Field Programmable Gate Array，FPGA)為平臺的硬件設計實現方案，采用硬件描述語言 (VHSIC Hardware DescriptionLanguage，VHDL )完成了整個系統的設計，通過了仿真與適配，完成了硬件調試；詳細地論述了系統總體框架及內部模塊設計，重點介紹了TD-ERCS算法實現單元的設計，并在系統中設計加入了異步串行接口，完善了整個系統的模塊化，可使系統嵌入到現有的各類密碼系統與設備中；基于FDELPHI編程環境，完成了計算機應用軟件的設計，為使用基于TD-ERCS開發的PRSG硬件產品提供了人機交互界面，也為分析與測試硬件系統產生的CPRS提供了方便；同時依據美國國家標準與技術研究院 (National Institute of Standards andTechnology，NIST)提出的偽隨機序列性能指標，對軟件與硬件系統產生的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絡的發展，基于離散對數問題和大整數因子分解問題的數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。現有的求解ECDLP的算法都是全指數時間復雜度的算法。由于專用集成電路具有速度快、性能好、安全性高等優勢，使得采用專用集成電路來實現橢圓曲線密碼體制己成為主要趨勢。因此，本課題著眼于應用，針對基于橢圓曲線數字簽名算法的FPGA實現進行了較為深入的探討與研究。 本課題從實際應用的需要出發，以初等數論、有限域理論、數字簽名技術和橢圓曲線理論為依據，確定了如下基于橢圓曲線數字簽名算法的硬件實現方案：首先，對實現基于橢圓曲線數字簽名算法所需的算法和技術進行了剖析和系統設計。然后，按照層次化、模塊化的設計思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述語言VHDL作為設計輸入，對各運算器和控制模塊進行電路設計；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具對之進行功能仿真，以保證底層設計的正確性。最后，在確保每個模塊的設計正確的前提下，完成電路的總體設計，再進行總體設計的仿真與測試。 本課題對Schnorr數字簽名算法的改進，實現了比未改進前的Schnorr數字簽名算法平均節省三分之一的運行時間。對基于橢圓曲線數字簽名算法的設計也獲得了良好的指標：產生簽名只需要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、電子商務和電子政務等領域都有重要的應用價值，其成果具有廣泛的應用前景。
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，主要的特點是數據的吞吐量大，對實時系統來說轉換的速度是一個關鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統的方法是用更快的處理器，并行算法或專用硬件。隨著數字技術的發展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發展，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展，當前的FPGA芯片已經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，FPGA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性。詳細內容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優化方法的硬件實現方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數空間到紋理地址的計算中用定點數來實現。詳細內容請閱讀第四章。 3、實現了紋理映射流水線單元紋理地址產生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結果。詳細內容請閱讀第五章4、實現了符合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量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關鍵路徑進行了優化；除法器為基于改進型泰勒級數展開的查找表結構實現，查找表尺寸只有208字節，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復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，很容易實現與現有和未來多種電臺的兼容，能最大限度的滿足了互聯互通的要求。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場可編程門陣列(FPGA)的軟件無線電信道化中頻接收技術設計與實現。 首先介紹了軟件無線電的基本概念以及其發展狀況，深入討論了軟件無線電的基本理論，主要介紹了設計中所用到的帶通采樣技術、信號的抽取技術與多相濾波技術。 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，設置寬中頻超外差接收機射頻前端的設計指標，給出了改進的實信號濾波器組低通型實現結構，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學模型。 最后基于EP1S80開發平臺實現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、信道劃分以及復乘運算的設計方案。仿真結果表明，該接收機能夠實現對中頻信號的正確接收，驗證了系統設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-12
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視頻圖像處理的應用越來越廣泛，各種處理算法也日趨成熟，相關的硬件技術不斷地推陳出新。視頻圖像處理系統的硬件實現一般來說有三種方式：數字信號處理器(Digital Signal Processor)、專用集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)和現場可編程邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關電路組成。最近幾年，隨著電子設計自動化(Electronic Design Automation)技術的迅速發展，使得基于FPGA的可編程片上系統(System On a Programmable Chip)逐漸成為嵌入式系統。應用的一種趨勢。特別地，在視頻圖像處理系統設計中，數據量大，要求處理速度快，靈活性高，FPGA有其獨特的優勢。鑒于此，本文對基于FPGA和SOPC技術的視頻圖像處理系統進行了研究。 本文介紹了Xilinx公司FPGA的結構和功能特點，以及可編程片上系統的開發工具和片內系統設計流程。根據視頻信號的相關知識，編寫了視頻圖像處理IP核，構建了視頻圖像處理系統。整個系統以FPGA為核心器件，內嵌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。 本文最后對系統進行了調試。經過實驗驗證，系統能正確和可靠地工作。整個系統的邏輯資源消耗占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用。
上傳時間： 2013-05-24
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