实现基于FPGA的硬件算法加速器

目的通过具体的方法和示例,说明使用FPGA来实现硬件算法加速是一种较好的方法。方法通过采用FPGA实现CRC算法的硬件加速器与采用传统的软件优化相比较,说明FPGA的优越性。结果基于FPGA的硬件算法加速器,既可提高系统的计算能力,也可节约成本,缩小系统体积。结论根据目标系统的功能需求,使用FPGA来实现硬件算法加速是一种有效、简便、经济的方法。

一种用于公钥密码系统的新型可变Radix快速乘法硬件算法

本文提出了一种新型的可变ｒａｄｉｘ快速乘法硬件算法，算法中，采用了二进制数的冗余数表示方法，使二个大数（大到５１２ｂｉｔ位或更大）的相加在Ｏ（１）时间内完成而无需等待进位；其次，提出了可变ｒａｄｉｘ快速乘法思想，使算法比ｒａｄｉｘ－４的乘法算法速度提高３３％，比ｒａｄｉｘ－８的乘法算法速度提高１１％而硬件实现更为简单，算法还能克服在较坏和最坏条件下，ｒａｄｉｘ－８乘法算法速度严重下降的缺陷，是一种可以作为核心运算有效地使用在许多公钥密码体制（如ＲＳＡ）硬件ＶＬＳＩ实现中的新型快速算法。

几种硬件算法及其在FPGA中的实现

论述了DDS,MAG,DA,CORDIC等多种硬件算法及其在FPGA中的实现,介绍了DDS中各数据位宽对性能的影响及选择标准,论述了RAG,DA算法在实现乘法运算中的优劣和CORDIC的原理,并给出了大部分算法在Xilinx FPGA中综合后的结构图.

多边形填充硬件算法的研究与实现

提出一种多边形填充的硬件算法,并通过在Xilinx公司生产的Vertex2 Pro实验板上进行验证,证明该算法的可行性及其良好高效性.

基于ARM的硬件压缩算法在Spark中的性能研究

鲲鹏920 CPU是2021年面世、全球第一款基于7纳米制造工艺的ARM 64位CPU,该CPU内置一个名为KAEzip的硬件加速引擎,其核心是一个硬件压缩算法,能通过硬件提升压缩与解压缩性能.相关研究表明,压缩算法的硬化与传统软件压缩算法相比具备明显性能优势.但大数据领域中的基础性系统软件都无法识别和使用这类算法.因此研究评估硬件压缩算法在大数据环境下的性能,发现揭示制约这类算法性能的关键因素以及可能存在的缺陷具有重要意义.为此,本文首先提出一种基于“生产-消费”模型的Spark任务性能模型,形式化地表示多维资源、压缩算法和Spark任务性能之间的内在关系,从理论上分析揭示出Spark下影响压缩算法性能的关键因素.然后提出一种三层架构支持Spark识别使用硬件压缩算法.这种分层架构为进一步调优硬件压缩算法在Spark中的性能提供了灵活性,也能复用到其他大数据系统软件.在此基础上本文以KAEzip为实验对象,使用经典Spark基准测试程序全面评估它在Spark中的性能,结合性能模型分析挖掘制约KAEzip性能的关键因素与根源.对KAEzip的测试表明:(1)硬件压缩算法可有效提升Spark性能。比如,KAEzip比snappy有最多13.8%的压缩性能优势、最多7%的解压优势和最多5.7%的实际应用场景下的性能优势;(2)磁盘的数据传输率与硬件压缩算法性能之间的不匹配是制约硬件压缩算法性能的重要因素;(3)压缩算法在Spark中的运行机制更易导致CPU的数据处理能力与硬件压缩算法性能不匹配,也制约着硬件压缩算法的性能.测试结果也表明KAEzip在压缩小数据时会导致数据膨胀问题.为此,本文扩展三层架构分析揭示出导致该问题的根源,并结合压缩算法在Spark中的运行机制提出一种优化方法.硬件压缩算法作为压缩算法领域的新研究方向,本文的研究工作不仅可广泛用于优化内置于CPU中的硬件压缩算法在Spark下的性能,也有助于持续演化完善KAEzip和鲲鹏920 CPU.

使用可进化核在线进化算法级数字硬件系统

提出一种基于可进化实时可参数化核(RTP核)的算法级数字硬件在线进化设计方法,可根据用户设计实时改变软I核的功能.给出可进化RTP核的概念和模型,并以HDB3编码器设计为例,给出可进化RTP核的进化设计方法和基于可进化RTP核的数字系统设计方法.使用可进化RTP核可以实现任意算法级数字硬件系统的在线进化、自适应与自修复,为进化硬件的工程应用提供了一种可行的实现方法.

一种Montgomery模幂乘硬件流水线实现算法

文章提出了一种基于Montgomery算法的模幂乘硬件流水线实现算法,该算法的核心是把模N乘上一个系数,使倍增后的模之低若干位(二进制)全为1,然后用倍增后的模进行Montgomery算法模幂乘运算。采用该算法,可以设计出用于实现RSA的高频流水线运算部件。

基于多种硬件实现方式探索的软硬件划分算法

提出了一种改进的遗传算法,该算法在求解划分问题的同时也解决了多种硬件方式探索问题。算法依据硬件实现方式的硬件延时-面积矛盾的特征,结合Q-学习算法和贪婪规则,自适应地选择合适变异方向,减少变异盲目性,增强遗传算法的局部搜索能力。实验结果表明,与BUB算法和标准遗传算法相比,本文方法在搜索质量、收敛性方面具有更好的效果。

COPART:一种面向约束条件的自适应软硬件划分算法

本文介绍一种将自适应算法、遗传算法和列表调度算法结合起来应用于软硬件划分问题的算法COPART,并提出了一种基于约束条件的开销系数自适应调整方法,该方法所获得的划分结果能够良好体现设计目标。

面向多种图像匹配算法的硬件实现

主要叙述面向多种图像匹配算法的硬件实现方法,即采用相对较低性能的DSPCPU加上算法硬件,高速地实现算法的运算方法。

基于循环平稳检测算法SSCA的FFT模块设计

通过对循环平稳检测算法的分析,对基于SSCA算法的FFT模块进行设计并验证时序。首先,对循环平稳检测算法进行了研究与仿真,比较了现存的几种循环平稳检测方法的复杂度。其次,选择SSCA算法,提出了一种流水线工作方式的定常构形FFT模块的设计方案。最后,在开发环境QuartusⅡ进行模块的构建,在仿真软件ModelSim环境下进行时序验证,从而实现了算法硬件化。

基于聚类和K近邻算法的井下人员定位算法

针对现有基于指纹模的井下定位算法存在的计算量大、实时性低、定位精度较低的问题,提出了基于聚类和K近邻算法的井下人员定位算法。用二分k-means聚类算法对采集的RSSI数据进行分类,建立离线指纹数据库;无线移动终端和动态修正器实时采集RSSI值,分别存储到在线定位数据库和动态修正数据库;根据待测点和动态修正器的离线数据和实时数据,采用软硬件动态修正加权K近邻算法计算权重值,结合离线指纹数据库中待测点的物理位置信息估算其实时位置。实验分析结果表明,所提定位算法的最小标准误差为0.46m,最大标准误差为3.26m,平均误差为1.62m。对比分析结果表明,与未进行聚类分析的算法相比,本文算法的精度更高,实时性更好;与未动态修正权重值的算法相比,本文算法的运算时间略有增加,但定位精度提高了37.21%。

新一代哈希算法

随着信息技术和互联网的快速发展,电子商务和网上金融业务越来越受到人们的关注。密码学和密码技术在通信互联网领域发挥着至关重要的作用。在密码算法中,哈希函数又称杂凑函数,是密码学中一种非常重要的工具。本论文讨论了哈希函数的发展历史,针对刚刚入选成为新一代哈希函数的SHA-3进行了参数对比和硬件对比,在基于Xilinx公司出品的Virtex-5xc5vlx220芯片硬件平台上给出了SHA-3函数的硬件特性。文章最后总结了新一代算法的硬件实现的优势和算法本身的优势。

一种实现全父辈交叉遗传算法的神经计算模型

该文提出了一种实现二值编码全父辈交叉遗传算法的神经计算模型GAnn。GAnn将遗传算法的迭代循环结构通过一组由神经元模块所组成的反馈回路实现,并给出了实现二值编码全父辈交叉操作以及突变操作的人工神经元和神经网络拓扑结构。该文通过实验结果验证了GAnn的可行性。GAnn综合了硬件遗传算法和并行遗传算法的优点,这对于用硬件实现遗传算法,显式地实现遗传算法的内在并行性,提高遗传算法的实时性,拓宽遗传算法应用领域的研究具有积极的意义。

基于SRAM的并行路由算法搜索芯片设计

针对三态内容可寻址存储器(TCAM)高成本、高功耗、路由表更新维护复杂以及搜索结果返回单一等问题,提出了一种使用静态随机存储器(SRAM)和自适应矩阵硬件算法逻辑的搜索芯片设计新技术。该技术使用SRAM快速存储路由表项等信息,使用硬件逻辑实现软件算法逻辑功能以提高芯片处理速度。搜索芯片基于UMC 40 nm低功耗1P8M CMOS工艺制造,核心电压为1.1 V,I/O电压为3.3 V,总体芯片面积为200 mm^2。测试结果表明,芯片路由查找时可以快速命中和返回12个并行搜索结果,单搜索性能为500 Msps(million search per second),并行搜索性能为6 Bsps(billion search per second),可用于骨干网络建设和通信领域。

自动指纹识别系统的硬件逻辑实现

介绍基于NIOSⅡ嵌入式处理器的自动指纹识别系统的实现方法;具体说明自动指纹识别系统的基本原理、硬件结构设计、用户自定制指令和SOPC系统设计;详细说明如何在SOPC开发工具中完成系统的硬件开发和在NIOSⅡIDE集成开发环境中完成系统的软件开发。

遥感应用系统硬件拓扑的可视化技术研究

为了用户更好地理解和分析遥感应用系统中硬件设备间依赖关系的整体态势,进而方便高效地将硬件设备之间的关系以拓扑图的形式展示出来,本文对现有的一些拓扑可视化算法进行了研究,在层次化算法基础上提出面向遥感系统硬件拓扑算法,并在类语言系统对算法进行实验,取得了很好的展示效果,证明了该优化算法在保证没有节点重叠和连线交叉的情况下,有效的增加了遥感系统硬件拓扑布局的直观简洁性。

用于焦平面测试系统的高效高精度数据采集方法与实现

通过分析焦平面测试中各种性能参数对数据要求的特点,提出了一种区别于传统的高效数据采集方法,并采用ADI最新发布的16位高性能ADC,设计了基于该方法的高效高精度采集系统.通过内嵌的"RMS硬件算法"和外部SRAM的特殊组合,在兼容传统测试系统的同时,大大提高了系统的测试效率.经碲镉汞(HgCdTe)型640×512(15μm)的红外焦平面(IRFPA)联调实验验证,采集系统本底噪声低至75μVrms以下,对基本参数的计算在2s左右即可完成,充分满足高精度高分辨IRFPA对测试系统的苛刻要求,具有很好的应用前景.

基于可调分组的认证加密实现方案

针对认证加密算法在实际应用中难以生成选择明文攻击的不可区分性问题,结合硬件算法平台,应用数据包标志序号、动态可调密钥计数器等提出一种改进的可调认证加密方案。通过增加小规模硬件部件换取可调因子与加密的并行计算,支持受资源限制嵌入式设备应用,可实现算法在网络中的平稳运行。实验结果表明,该方案通过并行计算可缩短系统的运行时间,提高系统的整体运行效率。

大数据量高复杂度CRC校验的串并优化设计

为确保数据安全,CRC广泛应用于工业通信中。高速动车与地面应答器之间的数据传输采用的是75位的CRC校验,对于这种复杂的CRC校验需要非常复杂的软件,也会消耗大量硬件资源。以75位CRC模块的设计为例,探讨大容量高复杂度的CRC校验模块的优化设计方法。