论文摘要
随着微电子技术的不断发展,基于FPGA技术的片上系统（SOC,System OnChip）设计逐渐成为嵌入式系统发展的新方向。它作为一种介于通用处理器和ASIC之间的全新计算解决方案具有设计方式灵活,开发周期短,软硬件在系统可编程,系统可裁减,可扩充,可升级等诸多优点,因而在信息安全、计算机视觉以及移动通讯等领域具有广阔的应用前景。本文以FPGA技术为基础,提出了一种基于统一硬件任务接口的嵌入式系统设计方法。并在Xilinx Virtex-ⅡFPGA上,针对数据加密计算设计并验证了一种通用的加密任务接口。具体完成了以下工作:首先,简要介绍了片上系统的概念和发展,重点介绍了Virtex-ⅡPro FPGA相关的基础知识和开发设计流程。第二,介绍了统一硬件任务接口的概念,分析了软硬件任务之间的区别。设计了一种通用的加密任务接口用于加密任务的状态控制。第三,对DES加密算法进行了介绍,并在所设计的通用加密任务接口的基础上,对DES加密进行了系统设计和功能实现。第四,对AES加密算法进行了介绍,在所设计的通用加密任务接口的基础上,对AES加密进行了系统设计和功能实现。通过对两种加密算法的FPGA实现以及与软件加密的性能比较,统一加密任务接口的功能得到了验证,同时FPGA技术在计算密集型应用中的加速优势得到了一定的体现。
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目录摘要ABSTRACT第一章 引言1.1 研究背景1.2 FPGA技术的发展与研究现状1.3 本文的主要工作第二章 VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA介绍及其开发2.1 VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA的结构及特点2.2 POWERPC405处理器硬核简介2.3 POWERPC405与外设连接结构介绍2.4 开发流程2.4.1 系统描述文件2.4.2 开发流程概述2.5 开发工具2.5.1 开发工具概述2.5.2 ISE开发工具2.5.3 EDK开发工具2.6 本章小结第三章 统一硬件任务接口3.1 统一硬件任务接口基础3.1.1 硬件任务与软件任务3.1.2 混合任务3.2 统一硬件任务接口设计3.3 统一加密任务接口设计3.3.1 数据加密基础3.3.2 加密任务接口的设计3.4 本章小结第四章 DES加密在FPGA中的实现4.1 DES加密算法4.1.1 DES算法简介4.1.2 DES算法原理4.2 DES加密任务接口4.2.1 DES Core4.2.2 DES接口映射4.3 DES仿真4.4 DES加密的验证与实现4.4.1 验证系统结构4.4.2 DES加密的实现4.5 加密结果及分析4.6 本章小结第五章 AES加密在FPGA中的实现5.1 AES加密算法5.1.1 AES算法简介5.1.2 AES算法原理5.2 AES加密任务接口5.2.1 AES Core5.2.2 AES接口映射5.3 AES仿真5.4 AES加密的验证与实现5.4.1 验证系统结构5.4.2 AES加密的实现5.5 加密结果及分析5.6 本章小结第六章 结论与展望参考文献致谢
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