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基于FPGA的伪随机序列的生成方法及应用
张金宝;李新阳;陈波
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2009(025)029
【摘要】通过分析各种伪随机序列生成方法,提出了一种基于M序列的连续抽样方法,可以生成满足自适应光学系统SPGD控制算法要求的多路、相互独立以及服从伯努利分布的伪随机序列.该方法适合于用FPGA等超大规模集成电路实现,且具有占用硬件资源较少,实现方便等优点.用FPGA实现了用于61单元自适应光学系统SPGD控制算法的伪随机序列,并将此方法应用于基于SPGD控制算法的自适应光学系统实验中,实验表明,该方法能够满足自适应光学系统SPGD算法的需求,系统实现成功闭环.
【总页数】3页(P153-155)
【作者】张金宝;李新阳;陈波
【作者单位】610209,成都,中国科学院光电技术研究所;100039,北京,中国科学院研究生院;610209,成都,中国科学院光电技术研究所;610209,成都,中国科学院光电技术研究所;100039,北京,中国科学院研究生院
【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6;TP331.1+1
【相关文献】
1.基于余数系统与置换多项式的高速长周期伪随机序列生成方法 [J], 马上;刘剑锋;杨泽国;张艳;胡剑浩
2.基于非规则二值化的伪随机序列生成方法 [J], 陈亚如;张雪锋
3.基于随机序列统计特性的伪随机序列生成方法 [J], 柏森;周龙福;郭辉;闫兵;
4.基于FPGA的Leap-forward型线性反馈移位寄存器在伪随机序列算法中的应用[J], 郝洪伟;
5.基于海绵函数的快速伪随机序列生成方法 [J], 赵磊; 郑东; 任方
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基于FPGA的全状态伪随机序列发生器的实现
段颖妮;吕虹;张海峰
【期刊名称】《安徽工程大学学报》
【年(卷),期】2005(020)004
【摘要】针对伪随机序列信号产生的疑难问题,提出了通过设计非线性移位计数器的反馈网络函数,并根据伪随机序列三个性质,即平衡特性、游程特性、相关特性,遴选出能够实现性能优良的多位全状态伪随机序列发生器的非线性网络.给出了应用VHDL语言实现8位全状态伪随机序列的程序及应用MAXPLUSⅡ软件对该序列进行仿真的结果,并通过现场可编程阵列FPGA实现全状态伪随机序列发生器.【总页数】4页(P43-46)
【作者】段颖妮;吕虹;张海峰
【作者单位】安徽工程科技学院,电气工程系,安徽,芜湖,241000;安徽工程科技学院,电气工程系,安徽,芜湖,241000;暨南大学,光电工程研究所,广东,广州,510632
【正文语种】中文
【中图分类】TN431;TP302.2
【相关文献】
1.基于VHDL全状态伪随机序列发生器的设计 [J], 冷建伟;申迎风
2.全状态伪随机序列发生器的实现 [J], 张海峰;段颖妮;吕虹
3.基于FPGA的多路伪随机序列发生器的设计与实现 [J], 王兵
4.混沌伪随机序列发生器的 FPGA设计与实现 [J], 孙克辉;叶正伟;贺少波
5.基于DSP Builder的伪随机序列发生器设计及FPGA实现 [J], 杨东;王建业
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一种基于FPGA的高速随机数发生器
王利强;李顺斌;沈文君
【期刊名称】《通信技术》
【年(卷),期】2024(57)3
【摘要】随机数的质量在一定程度上决定了信息安全系统的性能,利用电源噪声随机性特性,设计了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高速随机数发生器,并详细讲述了方案的原理、芯片的选型以及实现的电路图,然后开展数据的随机性和自相关性测试。
结果表明,由电源噪声放大后再进行模/数转换得到的高速随机数发生器,可以获取随机性能好、速率较高(1 Gbit/s 以上)的随机数,并且速率可扩展,方案实现简单、成本较低。
【总页数】8页(P285-292)
【作者】王利强;李顺斌;沈文君
【作者单位】之江实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN431.2
【相关文献】
1.基于FPGA的高速任意分布伪随机数发生器
2.一种基于FPGA的真随机数发生器设计与实现
3.基于FPGA的高速高斯随机数发生器
4.一种基于FPGA实现的真随机数发生器
5.基于FPGA的任意分布高速伪随机数发生器
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基于FPGA的伪随机序列发生器设计方案1基本概念与应用1)1FSR：线性反馈移位寄存器(1inear feedbackshiftregister,1FSR)是指给定前一状态的输出，将该输出的线性的薮再用作输入的移位寄存器。
异或运算是最常见的单比特线性函数：对寄存器的某些位进行异或操作后作为输入，再对寄存器中的各比特进行整体移位。
1FSR产生的两种形式为伽罗瓦(Ga1ois)和斐波那契(FibonaCCi)两种形式。
也有成为外部(Ex隹rna1)执行方式和内部(Interna1)执行方式。
(1)伽罗瓦方式(Interna1)X0X4X17! ! TepCount ,-Θ□□EF-Γ>4300000000Θ{3B0-*~*DaiaFtowW>)∙ι.x4.χ“(Ga1oisImp1ementation)Ga1ois方式特征数据的方向从左至右，反馈线路是从右至左。
其中XCo项(本原多项式里面的T'这一项)作为起始项。
按照本原多项式的指示确定异或门(XOR)在移位寄存器电路上的位置。
如上图所示XM。
因此Ga1ois方式也有人称作线内或模类型(M-型)1FSRo(2)斐波那契方式(Externa1)TapCountB*0;E3t3-⅛QEHIH30GHZHHDGIFSHpcivncrTMrig(M)-X14.X,>♦X n»1(Fibonacciimp1ementation)从图中我们可以看到Fibonacci方式的数学流向和反馈形式是恰好跟Ga1ois方式相反的，按照本原多项式，其中XCO这一项作为最后一项，这里需要一个XOR∏,将本原多项式中所给的taps来设定它的异或方式。
因此Fibonacci方式也被叫做线外或者简型(S-型)1FSR。
2)本原多项式本原多项式是近世代数中的一个概念，是唯一分解整环上满足所有系数的最大公因数为1的多项式。
本原多项式不等于零，与本原多项式相伴的多项式仍为本原多项式。
91在计算机、通信系统中采用的随机数均为伪随机数[1],由线性反馈移位寄存器[2]所构成的伪随机数发生器是扩频通信系统中的核心。
线性反馈移位寄存器是一种十分有用的时序逻辑结构,其结构简单、速度快,它被广泛应用于可编程分频器、信道编码、C R C (Cyclic Redundancy Check)校验码生成、密码算法实现等多个方面[3-4]。
本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)实现用N级线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register, LFSR)产生伪随机数组。
1 设计原理线性反馈移位寄存器是给定前一状态的输出,将该输出的线性函数再用作输入的移位寄存器。
异或运算是最常见的单比特线性函数:对寄存器的某些位进行异或操作后作为输入,再对寄存器中的各比特进行整体移位。
图1是由n个D触发器和若干个异或门组成的线性反馈移位寄存器结构图,其特性由移位寄存器级数(周期长度)、初始状态(各寄存器的初始值)、反馈逻辑(异或逻辑)和时钟周期共同决定[5]。
图1中,Q i+1表示各级寄存器D i 的输出,g i 为反馈系数,g i 的取值决定了Q i 是否参与反馈。
g i 只能取0或1,当g i =0时,表示Q i 被断开不参与反馈;当g i =1时,表示Q i 将参与反馈。
由于反馈的需要,其中g n 与g 0必须取1,使线性反馈移位寄存器的输出端Q n 参与反馈。
移位寄存器的初始状态由使用者设定,初值装载完成后,每当时钟周期CLK到来,移位寄存器移位一次,即若g i+1=1,则寄存器D i 将其输出值Q i+1(0或1)与Q n 进行反馈逻辑(异或)运算后,传递给下一级寄存器D i+1;若g i+1=0,则寄存器D i 直接将其内容传递给下一级寄存器D i+1。
2 设计方案本文基于VHDL硬件描述语言设计了一个级数与反馈系数均可控的,由线性反馈移位寄存器所构成的伪随机数发生器。
基于FPGA的伪随机序列发生器设计随着通信理论的发展，早在20世纪40年代末，香农（Shannon）就曾指出，在某些情况下，为了实现最有效的通信，应采用具有白噪声的统计特性的信号。
目前广泛应用的伪随机噪声由数字电路产生的周期序列（经滤波等处理后）得到的。
我们将这种周期序列称为伪随机序列。
伪随机序列概述伪随机序列发展及应用随着通信技术的发展，在某些情况下，为了实现最有效的通信应采用具有白噪声统计特性的信号；为了实现高可靠的保密通信，也希望利用随机噪声；另外在测试领域，大量的需要使用随机噪声来作为检测系统性能的测试信号。
然而，利用随机噪声的最大困难是它难以重复再生和处理。
伪随机序列的出现为人们解决了这一难题。
伪随机序列具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理，有预先的可确定性和可重复性。
由于它的这些优点，在通信、雷达、导航以及密码学等重要的技术领域中伪随机序列获得了广泛的应用。
而在近年来的发展中，它的应用范围远远超出了上述的领域，如计算机系统模拟、数字系统中的误码测试、声学和光学测量、数值式跟踪和测距系统等也都有着广阔的使用。
伪随机序列通常由反馈移位寄存器产生，又可分为线性反馈移位寄存器和非线性反馈移位寄存器两类。
由线性反馈移位寄存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移位寄存器，即为通常说的m序列，因其理论成熟，实现简单，应用较为广泛。
伪随机序列的特点决定了它有着重要并且广泛的应用，这里仅举出一些有代表性的用途。
误码率测量。
在数字通信中误码率是一项重要的质量指标，在实际测量数字通信系统的误码率时，一般来说，测量结果与信源发出信号的统计特性有关。
通常认为二进制信号0和1是以等概率随机出现的。
所以测量误码率时最理想的信源应是伪随机序列产生器。
这样测量的结果，我们认为是符合实际运用时的情况。
时延测量。
有时我们需要测量信号经过某一传输路径所收到的时间延迟，例如，需要测量某一延迟线的时间延迟。
1绪论近年来,以FPG为代表的可编程ASIC器件发展极快,从最初的数百个门发展到现今的数百万个门，系列品种增多，功能更强，速度更快，功耗更小，价格更低。
因此，愈来愈受到电子界的青睐，开发基于FPGA勺数字集成系统设计的新技术方法将逐渐成为主流。
FPG技术发展出现几个新动向：一是在FPG中嵌人处理器（包括CPU微处理器、微控制器）；二是高速并行I/O 口；三是实现数字信号处理功能。
针对以上动态，本课题通过对FPG技术的研究，对在FPG中实现伪随机序列发生器做了有益的研究与实践，设计中充分运用了自上而下、结构化、模块化设计思想。
伪随机序列具有良好的随机性，它的相关函数接近白噪声的相关函数（函数），即有窄的高峰或宽的功率谱密度，使它易于从其他信号或干扰中分离出来。
伪随机序列的伪随机性表现在：预先的可确定性、可重复性，使它易于实现相关接收和匹配接收，故有良好的抗干扰性能。
伪随机序列（又称伪噪声序列）广泛应用于通信、雷达、导航等重要的技术领域。
近年来，在自动控制、计算机、声学、光学测量、数字式跟踪和测距系统，以及数字网络系统的故障分析检测也得到广泛的应用。
1.1课题背景在现代工程实践中，伪随机信号在移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用。
例如，在连续波雷达中可用作测距信号，在遥控系统中可用作遥控信号，在多址通信中可用作地址信号，在扩频通信系统中，抗干扰、抗噪声、抗截获、信息数据隐蔽和保密、抗衰落、多址通信、实现同步与捕获等都与扩频码的设计密切相关。
在数字通信中可用作群同步信号，还可用作噪声源以及在保密通信中的加密作用等。
伪随机发生器在测距、通信等领域的应用日益受到人们重视。
EDA（电子设计自动化）技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真,直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映像和编程下载等工作（本文选用的开发工具为Altera公司的Quartus H）。
基于FPGA的多路伪随机序列发生器的设计与实现引言伪随机序列生成器（Pseudorandom Number Generator，PRNG）在许多计算机应用中都是必不可少的工具。
PRNG通过输入一个种子（seed），然后根据一定的算法生成一个看似随机的序列。
然而，由于PRNG本质上是基于算法的，所以生成的序列实际上是可重复的、周期性的。
本文将介绍基于FPGA的多路伪随机序列发生器的设计与实现。
设计目标本设计的目标是实现一个多路的伪随机序列发生器，该发生器具有高速性能和可扩展性。
设计需满足以下要求：1.高速性能：PRNG需要生成大量的伪随机序列，因此需要具备较高的计算速度；2.可扩展性：PRNG需要同时生成多个伪随机序列，因此需要具备可扩展性，方便根据需求扩展生成的路数；3.随机性：生成的伪随机序列需要具备较高的随机性，能够满足实际应用的需求。
设计思路本设计采用LFSR（Linear Feedback Shift Register）算法来实现PRNG。
LFSR算法是一种经典的PRNG实现方式，可以通过移位寄存器和异或门来实现。
LFSR算法的优势在于其计算速度快、硬件实现简单。
具体实现步骤如下：1.设计LFSR模块：LFSR模块是PRNG的核心模块，通过移位寄存器和异或门来实现。
LFSR模块接收一个种子作为输入，并根据一定的生成多路伪随机序列的算法生成对应的伪随机序列。
2.设计控制模块：控制模块用于控制LFSR模块的生成和输出。
控制模块根据输入的控制信号来决定生成的路数和序列长度，并将生成的伪随机序列进行输出。
3.设计顶层模块：顶层模块对上述模块进行组合，实现多路伪随机序列发生器。
顶层模块接收输入的控制信号和种子，并将控制信号传递给控制模块，种子传递给LFSR模块。
最后将生成的伪随机序列输出。
实现与验证本设计实现采用FPGA开发板进行验证。
首先，搭建基本的开发板环境，包括连接FPGA开发板、安装相应的开发软件等。
