快速离散傅里叶变换算法研究与FPGA实现

提出了适合于OFDM的离散傅里叶变换的快速硬件实现算法,并对算法进行了FPGA实现。采用并行处理结构,有效的提高了计算速度,整个系统处理时间达到2.6μs。为了减少乘法器资源,进行了简化运算,对于每一点输入数据,由4N次乘法运算减少到N/2次乘法运算。因此,此算法实现时间很短,没有延时,降低了资源消耗,硬件实现简单。     

基于FPGA的CSD编码乘法器

在数字滤波、离散傅里叶变换等数字信号处理中,乘法运算是一个最基本的运算,乘法运算的速度决定着数字系统的运算速度。本文通过理论与实验研究相结合的方法介绍CSD编码乘法器的运算法则及其在FPGA中的实现过程。通过与二进制乘法器相比较,证明CSD编码乘法器在减少对FPGA资源的占用和提高运算速度方面具有明显的效果。     

基于椭圆曲线密码的数据集中器通信报文混合密码算法

针对数据集中器通信的安全需求,分析了数据集中器通信受到的主动攻击和被动攻击行为,建立数据集中器通信安全需求模型,提出了一种基于椭圆曲线密码(ECC)的数据集中器通信报文混合密码算法。提出的混合密码算法能够解决单独的ECC加密算法不能实现数字签名问题和椭圆曲线数字签名算法不能实现通信报文保密的问题。研究结果表明,提出的混合密码算法符合数据集中器通信安全需求。     

基于低复杂度多项式乘法器的智能电能表椭圆曲线加密系统的设计

智能电能表作为智能电网终端一环,其与电网内其它设备的通信连接面临着越来越多的安全性挑战。文章从智能电能表的实际应用出发,提出了一种应用于智能电能表的椭圆曲线加密系统的设计方案。该加密系统基于低复杂度的多项式乘法器而设计,具有低资源消耗和快速运算等特点。为达到加密系统的最佳运行性能,对该加密系统的最底层多项式乘法器和加法器的设计进行了结构创新,对最高层的椭圆曲线上的点计算过程进行了次序更新优化,提出了新的椭圆曲线加密系统硬件实现架构。经实验测试显示,文章设计的面积和时间复杂度比现有结果低了18.2%。实验结果验证了该加密系统在智能电能表中应用的可行性和实用性。     

基于牛顿迭代法的高精度快速开方算法

针对全波傅氏算法中的开平方运算较耗时影响微机保护瞬动性问题,提出一种选取接近定点数开方真值的牛顿迭代初值的方法,该方法利用数字信号处理器(DSP)的移位指令、256个单元的查表技术和DSP的硬件乘法器,通过1次查表和1￣2次乘法运算,就能快速确定迭代误差小于2-9的迭代初值。在TIDSP集成开发平台上,运行牛顿迭代开平方汇编程序。运算结果表明:该算法对范围在00000004.0000H￣01FFFFFF.FFFFH的定点数抽样开方运算,迭代次数均不大于3次,就达到2-16以上迭代精度,且占用内存小,非常适合带有硬件乘法器的嵌入式微处理器实现。     

基于近似Booth4编码的新型低功耗乘法器

随着物联网应用的不断智能化和高集成化,对新型高速及低功耗运算单元的需求日益迫切,因此终端设备需要不断降低功耗和提升运算速率。针对运算单元功耗高的问题,在保证精准度的前提下,对Booth4编码进行近似优化处理,并结合符号补偿技术和乘法系数优化的方法,提升传统Booth4乘法器的运算速率,降低乘法器的功耗。与传统Booth4乘法器相比,该新型Booth4乘法器的功耗和延时分别降低了169%和229%。为了验证新型Booth4乘法器的实用性,利用其对图像Lena和Gameraman进行图像滤波处理,结果显示图像质量参数为优。     

基于CORDIC算法的谐波实时谱分析仪的FPGA设计与实现

谐波污染对电力系统造成很大的危害,及时准确地检测出谐波成分、幅值和相位等因素是治理和消除谐波污染的前提.本文论述了一种利用CORDIC算法在FPGA上实现谐波实时谱分析仪的方法.基于FPGA硬件逻辑实现了具有高速数据处理能力的FFT运算处理器,采用CORDIC算法实现了复乘运算和求模运算,与使用乘法器相比降低了系统的资...     

32位快速乘法器设计

本文介绍了一种通过符号位扩展,可以分别完成32位有符号/无符号二进制数乘法的高性能乘法器设计。该乘法器采用高基Booth算法,简化部分积的符号扩展,通过采用较之常规Wallace树具有更规则和更简洁的连接复杂度的阵列结构以及一种新型超前进位加法器来进一步提高乘法器的运算速度。整个设计采用4级流水线结构,在FPGA上进行了验证,并成功地应用于时/频联合均衡器工作中。     

MPEG-2视频解码中IDCT的FPGA实现

随着MPEG-2被广泛地应用于数字电视领域,研究其中的IDCT算法有了很大的意义。针对IDCT运算复杂的特点,提出了一种在FPGA平台上实现快速IDCT算法的结构,采用Loeffler等人的算法,该结构运用基于分配算法（DA）的乘法-累加器（MAC）结构以及流水线技术,消除了乘法运算。仿真结果表明,该二维IDCT核设计正确,并且具有速度快、输出数据的精度高的特点。     

时间分割式模拟乘法器

本文提出的模拟乘法器,基于时间分割法的原理,可以完成四象限模拟量的乘法运算。文中分析了这种乘法器的工作原理,各主要元件对运算误差的影响,以及它的动态响应。由于采用了高增益,低漂移,高输入阻抗的FC52型线性集成电路、串联式晶体管模拟开关、硅晶体管元件等,便使得本乘法器的运算精度在常温下达到±0.2%,在0～40℃温度范围内达到±0.5%,在-20～ 55℃温度范围内能可靠工作,动态响应的等效时间常数为10毫秒。文章还讨论了运用乘法器完成除法运算的接线方式。     

椭圆曲线密码体制在TLS协议中的应用研究

介绍了椭圆曲线密码体制（ECC）和TSL协议的主要子协议Handshake的工作过程，提出了在TLS协议中应用椭圆曲线密码体制的签名、认证、数字信封的实现方案，该认证方案不依赖可信第三方，防止了骗取消息的可能。     

新型快速DOA估计算法

针对传统MUSIC算法进行DOA（direction of arrival）估计计算量过大、难以实现实时处理的问题,提出了一种新型测向算法。基于信号子空间与噪声子空间的正交性,利用部分噪声子空间进行变步进谱峰搜索,通过减少单个伪谱值估计运算量、减小谱峰搜索范围以及规避信号源个数估计过程,大幅降低了算法实现复杂度,同时优化加法和乘法运算数配比,将乘法运算量减少至1/4以下,降低了硬件运算负荷,可实现信号实时处理。通过计算机建模、仿真及性能比对,验证了该方法对运算性能的改进效果。     

时分割模拟乘法器和模拟除法器

目前模拟乘法器和模拟除法器构成的方法比较多,而常用的有可变转移电导乘法器、三角形平均乘法器、对数相加法乘法器、对数相减法除法器等。现在国内常用的模拟乘法器和模拟除法器的运算精度一般在5%左右。目前数字运算可以达到很高的运算精度,但是必须经过模数变换和数模变换方能使用,因此在自动测量和一些专用设备中,尚需要高精度的模拟运算。本文介绍一种实用的模拟乘法器和模拟除法器,原理简单,装调容勿,运算精度可达0.5%以上。     

一种改进型FIR滤波器设计与研究

FIR滤波器作为数字信号处理系统的基本模块,其性能的高低直接影响到数字信号处理系统实时处理信息的能力.本文根据FPGA的结构特点,介绍了一种改进型的FIR结构及乘法运算的分解算法.利用VHDL语言程序设计和QUARTUSII编译仿真,验证了所提算法实现的4、6、12阶FIR滤波器的运算速度分别提高169.5%、345.6%、616.8%.对FPGA资源的占用分别下降了16.7%、14.5%、13.7%.     

基于时间序列分析的侧信道攻击

密码设备在进行加解密时会产生大量的物理信息,如电磁、能耗、热量等。攻击者利用这些物理信息对密码设备进行侧信道攻击,窃取密码设备的密钥。就传统的椭圆曲线加密算法简单能量分析攻击而言,攻击者通过人工识别倍点计算能耗数据中的相似模块,从而恢复出密钥。这种攻击方式导致攻击效率低,准确率不高。本文基于时间序列的模体发现提出了SPAMD算法,该算法实现了倍点计算的能耗数据中相似模块的自动识别,完成了攻击方式从人工识别到自动识别的转换。实验结果表明SPAMD攻击在效率和准确率上有了显著的提升。     

配电自动化远程终端的可信研究

为解决配电自动化系统中配电远程终端的通信安全问题,基于可信计算理论和可信安全芯片技术提出一种适用于多种类型配电终端设备的分层三级可信认证机制,为遥测、遥信与遥控等数据信息的传输设计了安全流程,并提出一种量化反映终端设备状态完整性与真实性可信度的数学模型。在MATLAB环境下模拟配电终端与主站间数据信息的交互过程,使用具有不同密钥长度的10条椭圆曲线,分析了进行密码运算的时间开销以及可信机制所运用的椭圆曲线加密算法和时间戳校验机制的安全性,计算得出终端设备的真实性可信度。据此验证了该可信机制具有较强的保密性和较高的抵御重放攻击的准确性。     

集中控制模式的馈线自动化系统密钥管理研究

针对集中控制模式馈线自动化系统的密钥管理问题,提出了一种基于椭圆曲线密码体制（Elliptic Curve Cryptosystem,ECC）的馈线自动化系统密钥管理方案,该方案能解决通信实体间认证和密钥协商的问题。     

多核混合可重构计算系统MRCS的设计

设计了一种面向计算密集型应用的多核混合架构可重构计算系统MRCS。其可重构处理器中的可重构阵列计算单元负责密集规则的运算,浮点处理器负责离散运算,配合灵活的本地缓冲,有效地提高了多核可重构计算系统对算法的适应性。实现了一个能够稳定地运行在100 MHz的基于FPGA的MRCS原型,并通过分别映射大维度浮点矩阵乘法、IDCT算法和运动估计算法进行性能验证。实验结果表明MRCS具有更高的计算效率和灵活性。     

智能电网下保护用户隐私的无证书环签密方案

针对智能电网通过智能终端实时采集用户用电信息以实现预测和调度等功能,但频繁的数据采集不可避免地涉及用户敏感信息泄露的问题,提出了一种保护用户隐私的新的无证书环签密方案,该算法摒弃了计算开销大的双线性对运算和指数运算,仅使用椭圆曲线上的模乘运算。安全性分析证明,该方案满足无条件匿名性、保密性和不可伪造性。实验结果显示,与现有方案相比,该方案具有更低的计算开销,适合复杂、高效的智能电网。     

多分辨率非整数倍图象缩放的硬件快速算法

本文针适时对图象处理中,多种分辨率格式的图象变换时,对非整数倍图象缩放的处理,提出了一种硬件快速流水线算法,将双线性插值运算中的除法运算变成乘法运算,将浮点小数运算变成整数定点运算,该算法消除了运算过程中的除法运算,解决了硬件实现快速数学运算的难题.这一算法用于把多种TTL和LVDS数字图像信号变换为适合LCD屏幕的一种信号,通过仿真和在FPGA器件上验证,具有时间短,占用FPGA硬件资源少的特点,效果显著.