Twofish分组算法的FPGA实现研究

首先研究了Twofish算法的结构,然后针对128位的密钥长度,用Altera公司的FPGA器件实现了该算法的加密、解密和密钥变换。通过与Rijndael实现结果的比较,说明Twofish的硬件实现灵活、占用资源少。

基于FPGA的Twofish加/解密芯片设计

针对安全的数据传输及个人隐私权的保护等问题,研究基于FPGA的改进型Twofish加/解密芯片的设计。采用16组Rijndael-like S-boxes设计Twofish算法,提高算法的安全性,加入伪随机数器决定每回合使用的S-boxes,增加攻击者破解的难度。以Altera公司的Stratix EP1S20验证该芯片的功能,结果证明其能达到高安全性的要求。

基于LabVIEW for FPGA的高速并行视觉检测系统设计

随着中国智能制造强国战略的实施,制造业不断升级,智能视觉检测设备的应用前景越来越广阔。智能视觉检测系统一般由上位机图像处理和下位机组成;下位机主要完成供电、自动上料、定位检测、视觉检测和自动下料的功能,常用可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)作为核心处理器,存在检测效率低、准确性差的问题。为解决此类问题,依托现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的高速、并行和柔性等优势,以及LabVIEW for FPGA的快速编程优势,提出基于LabVIEW for FPGA的高速并行视觉检测系统。试验结果表明:该系统相对于传统基于PLC的视觉检测系统,具有可扩展性、较高的稳定性和效率,为机器视觉检测生产力的提高提供新的解决方案。

基于FPGA的面向高负载业务的柔性信道预约MAC的设计与实现

针对定向自组织网络中高负载业务的通信需求,提出并实现了一种基于柔性信道预约的MAC协议,可以准确且不受干扰地使用或释放信道资源,保证网络吞吐量和时延要求。该协议主要引入了柔性信道预约机制、自适应MCS调整和自适应帧聚合等功能。整个协议在FPGA上进行设计和实现,并在Xilinx ZYNQ7010开发板上对整机节点业务传输功能进行验证。

基于FPGA的IC自动测试系统设计

基于FPGA技术设计了一种IC自动测试系统,通过总线通信的优化实现了板卡的柔性化组合与拓展。系统能自动识别槽位上的模块型号,并按系统CONFIG要求分配资源。实践表明,该系统可满足数字类IC和模拟类IC的量产测试需求,适用于IC的芯片验证测试和出厂成品测试;运行平稳、安全可靠,为集成电路测试设备的国产化、数字化和网络化提供了切实可行的解决方案。

基于FPGA的FlexE Shim层的设计与实现

随着5G业务以及应用场景的发展越来越多样化,为了满足目前超高速以太网的多业务信道化隔离和带宽灵活配置的发展需求,灵活以太网(FlexE)被广泛应用于通信网络中。本文通过对灵活以太网协议包括FlexE结构、FlexE开销帧、FlexE Shim层(垫层)、映射表以及Calendar相关概念进行研究,提出了一种基于FPGA实现200G FlexE Shim的设计方案,利用2个100G光模块复用实现200G FlexE Shim层的业务功能,能够有效降低工业中高速率光模块成本。经过软件仿真及实验室设备测试,本文所述方案的200G FlexE Shim层业务功能正常,达到实际工程应用的标准。

基于FPGA的柔性直流实时仿真技术及试验系统

未来柔性直流输电技术大容量、高电压、远距离的发展趋势,对现有的柔性直流仿真建模技术提出了更高的要求。为了建立更符合控制保护装置测试需求的大容量、高电压、远距离柔性直流实时仿真模型,提出了适用于各种子模块拓扑结构且能灵活定义模块级故障的模块化多电平换流器(MMC)等效建模方法,采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术实现灵活柔性直流换流器算法,通过双向高速通信板卡GTFPGA在实时数字仿真器(RTDS)中实现灵活自定义的柔性直流MMC仿真建模,为未来含新型子模块拓扑结构的大容量、高电压、远距离柔性直流工程的控制保护特性研究及其闭环试验,提供有效的实时仿真试验系统和重要的仿真技术支持。

基于FPGA的气动柔性手指的神经网络控制器设计

研究了气动柔性手指智能控制策略的硬件实现,设计了气动柔性手指的神经网络控制器。气动柔性手指神经网络控制器是在已经对气动柔性手指进行运动学和动力学分析的前提下,使用MATLAB对神经网络进行试训,依据训练所得的权值和阈值,在现场可编程门阵列集成环境下,基于超高速集成电路硬件描述语言完成的。该控制器适用于具有复杂智能控制策略且对实时性要求高的多手指控制系统。

多队列MSI-X引擎设计与实现

智能网卡是业界和学术界的研究热点之一,Corundum基于FPGA提供了一种开源的智能网卡软件,获得了广泛应用,但存在着队列管理不够灵活,中断处理逻辑可伸缩性较差的问题。为此,该文在Corundum基础上实现了一种支持中断、轮询混合模式的MSI-X引擎,大幅提高了Corun⁃dum的多队列管理能力,并同时具备高性能吞吐能力。该文给出了MSI-X中断申请至中断事件处理的整个流程,实验表明,该设计在不影响吞吐性能的基础上,可支持2048个中断向量,支持中断向量和传输队列的多对多绑定,支持直接中断和间接中断,同时可通过动态缓冲区监测的方式降低中断触发频率。该设计在Xilinx FPGA平台上实现了MSI-X引擎,在智能网络虚拟化中具有广泛的应用前景。

基于DSP/FPGA的模块化柔性关节轻型机械臂

介绍了模块化柔性关节轻型机械臂的机械系统设计、传感器系统设计以及电气系统设计.整个机械结构设计与电气设计实现了机械臂的轻型化,提高了其负载/自重比.针对关节柔性的存在,给控制带来的巨大挑战,设计了基于DSP/FPGA的硬件结构,用来实现柔性关节轻型机械臂的实时控制与柔顺控制.

基于FPGA的电子系统柔性设计

介绍了FPGA的可重置特点,提出电子系统柔性设计的概念。结合具体实例,以Altera公司的FPGA和ATMEL89C52为核心,配置少量的外围器件,详细描述了电子系统柔性设计的方法和步骤,给出了具体系统的硬件原理图和软件配置程序流程图。该设计思路和方法,能够提高设计对象的可重用性,进而提高电子产品的性价比,对复杂电子系统的设计有着非常重要的参考价值。

基于DSP＋FPGA的柔性臂混合控制系统设计

针对难以控制的柔性机械臂,设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略;并针对控制对象与控制算法的复杂性,设计了基于DSP+FPGA的控制系统,保证了系统的实时性和精确度。

基于DSP+FPGA的柔性臂混合控制系统设计

针对难以控制的柔性机械臂,设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略;并针对控制对象与控制算法的复杂性,设计了基于DSP+FPGA的控制系统,保证了系统的实时性和精确度.

近似完美重构的数字信道化实现方法及FPGA资源对比

宽带柔性转发器具有多体制支持能力强、链路连接灵活可变、频率规划在轨按需可变的突出特点,是满足未来宽带卫星发展需求的一类核心载荷,其核心部分采用了近似完美重构的数字信道化技术。对两种主流的数字信道化算法进行了仿真比较,并针对一种子带滤波器的要求,提出了两种实现方法:子带拼接法和直接信道化法,并以Xilinx公司Virtex-4系列的V4SX55型FPGA为例,对两种方法的FPGA资源占用情况进行了对比,给出了两种方法各自适合的应用场景。结果表明,当信道化路数≤256时,应使用子带拼接法;当信道化路数≥512,且<2048时,两种方法均可应用;当信道化路数≥2048时,则只能应用直接信道化法。

DSP+FPGA的双核串行通信系统设计与实现

针对小型化数字信号处理器(DSP)+现场可编程逻辑门阵列(FPGA)数据采集及处理装置中DSP与FPGA之间的通信,为实现两者在硬件连接的简便性和软件通信的灵活性,提出了一种基于扩展的串行外设接口(SPI)构建DSP与FPGA之间的数据交互通道设计方案,并在此基础上设计且实现了DSP+FPGA的双核串行通信系统。该通信系统使从机FPGA能够主动开启SPI通信;并使SPI通信具有单独发送或传输数据的能力,提高了SPI通信的灵活性;同时具有硬件连接简便的特点,降低了设计电路板布局走线的难度。满足了在保证高速灵活通信的前提下缩小电路板面积的设计需求。并通过实验证明了该系统运行性能稳定,且通信速率可达到10.714 Mbps。

基于解析信号处理的下变频系统FPGA实现与天文应用

讨论了基于FPGA的射电天文接收中解析信号处理下变频器的设计与实现,探讨了使系统获得灵活选取观测频点特性的方案,以及灵活变频系统在天文观测中的应用。

连接复杂度对非对称FPGA功耗的影响

FPGA因为开发周期短、使用灵活、价格低廉等优点,在嵌入式系统中被广泛应用.随着开发需求的扩大,嵌入有DSP、MCU等宏模块的非对称FPGA应运而生.本文根据非对称FPGA的结构,研究连接复杂度Fc参数对功耗的影响.在不同Fc参数的非对称FPGA结构下对MCNC电路仿真,实验结果表明输入Fc参数在80%,输出Fc参数在70%时,其功耗最低.与Fc参数100%相比,输入Fc参数在80%时,平均功耗减少25.76%,最高功耗减少29.08%;输出Fc参数在70%时,平均功耗减少27.07%,最高功耗减少43.83%.这对低功耗非对称FPGA架构设计有一定的意义.

基于FPGA的柔性机械臂多路无刷直流电机控制系统设计

针对柔性机械臂一般为超冗余机械臂,需要多个无刷直流电机驱动各个关节的运动,传统的数字信号处理(DSP)芯片、单片机用户接口有限,无法同时驱动十几个无刷直流电机运动,并且采用传统的PID算法控制精度较低,不适应于高精度柔性负载的控制。提出采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片实现柔性机械臂多路无刷直流电机的控制,设计出改进型神经元自适应PID控制器,有效提高各关节电机的位置跟踪精度和抗柔性负载扰动能力,同时完成了规划位置的直线插补、多路电机母线电流采集、多路电机旋变位置信号采集处理。并在柔性机械臂原理样机中进行了验证,设计的驱动控制器能使得每个关节电机定位精度优于0.2°,各关节的无刷直流电机同步性、协调性良好。

基于FPGA的生物3D打印机的系统设计及研究

针对生物凝胶支架柔性材料形状成型较难、打印精度不足的问题,设计了一种多喷头生物3D打印机,探索生物3D打印机的硬件、软件搭建方式。在深入研究现场可编程门阵列(Field-Pro⁃grammableGateArray,FPGA)以及3D打印的基础上,将步进电机、三维移动装置进行组装,定义模块功能并编写Verilog控制程序、测试系统打印参数、进行打印实验,设计一套打印多种生物支架材料的装置和方法。3D打印装置实现了柔性材料支架模型的打印。通过加入梯形运动控制算法,打印的支架结构精密,可重复性好,可控性高,可用于微生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型实验。

基于FPGA的大型柔性太阳翼展开控制系统实现

为了保证大型柔性太阳翼的伸展机构能够实现可靠、重复、平稳的展开和收拢功能,提出了采用PID调节器完成速度、电流双闭环的控制系统。为了提高控制系统的可靠性同时降低控制电路的复杂度,提出了以单片反熔丝型FPGA为控制处理器的外围电路、驱动电路及位置检测电路,实现了一种基于FPGA的大型柔性太阳翼展开控制系统的设计。通过样机验证表明,该系统能够使大型柔性太阳翼的伸展机构反复平稳地展开与收拢,有效地抑制了由于展开过程的扰动引起的不稳定,速度稳定度优于5%。该设计具有一定的应用价值,为后续工程应用提供了参考。