基于FPGA的m伪随机数产生
基于FPGA的伪随机序列的生成方法及应用
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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伪随机序列产生
2．4 m序列产生器的设计原理m序列是最长线性反馈移位寄存器序列，其产生方法比较简单，可以通过移位寄存器的级联实现任意m序列，本文是结合FPGA芯片的结构特点,以Altera 的QuartusⅡ软件为开发平台,设计出了m序列产生器。
通过FPGA平台，我们可以采用硬件描述语言VHDL语言来实现m序列产生器，也可以通过输入原理图来实现m序列产生器，也可以通过两者的结合来实现m序列产生器。
由于m 序列产生器的实现方法已经能够成熟，本文采用输入原理图的方法实现m 序列产生器的仿真设计。
利用n级移位寄存器可以产生长度为2n-1的m序列。
m序列的设计主要解决的问题是寻求系统的特征多项式为本原多项式的过程，部分本原多项式可以通过查表方法很方便的得到。
本文通过设计一个码长为L=31的m序列，来说明任意m序列产生器如何进行仿真设计。
由码长为31可知道所需的移位寄存器的数目为5，特征多项式的系数通过查表可以选择为100101，110111，111101三个反馈系数，可以从中选择100101来构成m序列产生器。
则特征多项式系数取值为C 5=C2=C=1,C4=C3=C1=0.根据特征多项式就可以构造出该m序列，图5就是L=31的m序列产生器的原理图。
图5 L=31的m序列产生器图5利用D触发器级联的方式完成移位寄存器的功能， CLRN是清零信号，低电平有效。
在系统初始时，CLRN置低电平使系统清零，D触发器的输出状态均为低电平，当CLRN置高时新非零值被置入。
CLK为外界时钟脉冲信号，当CLK 上升沿来临时实现移位功能。
通过异或门将反馈接入系统的输入端，反馈系数根据特征多项式的系数来断定是否接入反馈，在模2加后面加入一个非门，避免了m序列产生器输出静止的状态，如不加非门直接接入反馈到输入端，系统无法自动运动起来，造成输出序列进入了全“1”的静止状态,这样就无法产生m序列。
图中的Q1-Q5是五个D触发器的输出，这些点均可得到同宗序列，只序列的初始相位不同而已。
基于FPGA伪随机序列发生器设计
0 0 0 … 1 cn- 1 称为线性移位寄存器的状态转移矩阵 ,显然状态转移
矩阵 T 和初始状态完全刻画了线性移位寄存器所产生的
序列[12] 。在此建立起了反馈函数 ,即 f ( x0 , x1 , …, x n- 1 ) =
n- 1
∑cn- 1- i x i , cn- 1 - i ∈ GF (2) 和状态转移矩阵 T 之间的对应
可编程器件应用
电 子 测 量 技 术 EL EC TRON IC M EASU R EM EN T TEC HNOLO GY
第 32 卷 第 5 期 2009 年 5 月
基于 FPGA 伪随机序列发生器设计 3
段颖妮1 ,2
(1. 西安文理学院机电系 西安 710065 ; 2. 咸阳师范学院数学系 咸阳 712000)
END COMPON EN T ; 实现 D 触发器 ,结合图 1 所示反馈移位寄存器的逻辑 功能图 , m 序列移位寄存器结构中前向通道采用 n 级 D 触 发器串级联接 ,反馈通道中是某几个 D 触发器输出端的异 或运算 ,异或运算的结果送给最左端 D 触发器 ,从最右端 D 触发器输出 m 序列 。 例 1 :误码测试仪中测试序列采用 m 序列 ,国际电信联 盟 ITU ( International Telegrap h Union) 建议用于数据传输 设备测量误码的 m 序列周期是 511 ,其特征多项式 (本原多 项式) 建议采用 f ( x) = x9 + x5 + 1[12213] , 本文应用移位寄 存器理论从本原多项式出发产生 m 序列 ,本原多项式是 f ( x) = x9 + x5 + 1 的 m 序列 V HDL 语言编程主要代码如 下:
一种新型基于FPGA的伪随机序列发生器设计
参考文献
级数 （ ｎ ） 可调 的是本设计的核心之一 ，实 现移位寄存器的多级 移位可调 。伪 随机序列 发 生器 可 由 ｍ序列 的特 征 向量 ，根据控 制级数 的输入信号 （ ｎ ） ，产生 ３ ～ １ ６级 的任意一级 的随 机序列 ，产生 的最长 的序 列长度 为 ，基本上 可 以满足一般应用需求。级数控制 输入信号是
学学报 ， ２ ０ １ ２ ．
Ｇｏ ｌ ｄ序列 、Ｍ 序 列等 ，本 文设计 的伪 随机序 列 发生器是 采用 ｍ序 列设计 的。反馈 函数 可
所 输入 的 ３ Ｎ １ ６级 任意 一个 十进制数 。如 图 ２ 所示 ， 级数控 制输入信号到译码器 中进 行译码 ， 将译码的结果传到多路选择器 。通 过多路选择 器进行选择 ，得到不同的移位控制信息，输出 的移位控制信息控制移 位寄存器组 。 核心 ，实现线性反馈线性移 位寄存器 的反馈 系
系数 可 调 的特 性 。
个电路 ，使 用统一 的输入输 出管脚 ，统一 的
输 入时钟信 号 。输入信 号有 ：４位 的级 数 （ ｎ ） 合 。该设 计的电路可以产生 的最长的序列长度 控制输入 、使能控制、输入 时钟、反馈系数控 为 ，可 以满 足大部 分场合 下的要求 。整体 电 制（ ｃ ） ；输 出信号有 ：伪 随机 序列输 出。 电路 路硬件结构简单、 占用的器件 资源少 、具有很 结构如图 １所示。
电力 电子 ・ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
一
种新型基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的伪随机序列发生器设计
文／ 赵怡 余 稀
特
用 Ｑ ｕ 路
馈
机
反
基于FPGA的伪随机码序列发生器实现方案研究
基于FPGA的伪随机码序列发生器实现方案研究
于燕;焦晖
【期刊名称】《电脑与电信》
【年(卷),期】2006(000)006
【摘要】本文重点设计实现了基于FPGA的伪随机码序列发生器,论文首先对FPGA技术进行了分析研究,阐述了伪随机序列理论,在此基础上,本文阐述了伪随机码发生器原理,并提出了基于FPGA的伪随机码序列发生器设计实现方案.
【总页数】4页(P47-49,52)
【作者】于燕;焦晖
【作者单位】郑州轻工业学院民族职业学院,河南,郑州,450011;郑州轻工业学院民族职业学院,河南,郑州,450011
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于"匹配滤波+序列估计"模式的新型长周期伪随机码快速捕获方案 [J], 郭黎利;王东凯;张昕;张曙
2.基于DSP和FPGA的GPS伪随机码并行快速捕获方案设计 [J], 周应强;冯克明
3.基于FPGA伪随机码发生器的实现 [J], 章潋;秦会斌
4.一种伪随机码发生器的DSP实现方法研究 [J], 刘展威;赵晓博
5.m序列伪随机码发生器的低功耗实现 [J], 沈泊;温涛;孙承绶
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基于FPGA的伪随机序列发生器设计方案
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。
基于FPGA 的伪随机序列的生成方法及应用
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。
1 引言随机序列是一组满足特定统计学规律的数据，在信号理论分析中应用非常普遍。
由于精确的随机序列生成方法较为复杂，产生的随机序列不具有可重复性等特点，在很多应用场合使用伪随机序列。
伪随机序列在扩频通信、信息加密和系统测试等诸多领域中都有着广泛的应用。
在自适应光学SPGD 算法中，伪随机序列亦有相当重要的作用。
Vorontsov 等人在1997 年将SPGD 算法引入到自适应光学领域[2]。
国内在近几年开始了对 SPGD 算法在自适应光学系统应用的研究，并且在计算机上用软件编程实现了算法，进行了自适应光学的系统实验[3]。
自适应光学SPGD 控制算法的研究趋势是使用专用的信号处理硬件电路作为算法的实现平台，以获得更高的迭代速度和更好的收敛效果。
Cauwenberghs等人设计了专用的模拟超大规模集成电路实现SPGD 控制算法，并且在一些应用领域进行了实验[5]。
目前自适应光学系统的规模普遍达到几十上百单元。
针对多单元自适应光学系统SPGD 控制算法的特殊要求，本文提出了一种适合于用FPGA 硬件电路产生满足算法要求的多路伪随机序列的生成方法，完成了FPGA 电路的硬件实现，并将其用于实现61 单元自适应光学SPGD控制算法，同时进行自适应光学的闭环实验。
2 自适应光学 SPGD 控制算法对伪随机序列的要求SPGD(the Stochastic Parallel Gradient Descent algorithm)算法通过对多路的控制参数加入随机并行的扰动，使用性能指标测量值的变化量与控制参数的变化量进行控制参数的梯度估计，以迭代方式在梯度下降方向上进行控制参数的搜索。
基于FPGA的伪随机序列发生器设计
0 引言伪随机序列现已广泛应用于密码学、扩频通讯、导航、集成电路的可测性设计、现代战争中的电子对抗技术等许多重要领域。
伪随机序列的伪随机性表现在预先的可确定性、可重复产生与处理。
伪随机序列虽然不是真正的随机序列，但是当伪随机序列周期足够长时，它便具有随机序列的良好统计特性。
在已有的序列中，m序列的应用最为成熟和广泛，为此，本文给出线性m序列和基于m序列的非线性m子序列的FPGA实现方法。
由于FPGA的内部逻辑功能是通过向内部静态存储器单元加载配置数据来实现的，其配置文件决定了逻辑单元的逻辑功能以及模块间或与I／O间的连接，故可最终决定FPGA实现的功能。
FPGA的这种结构允许多次编程，并享有快速有效地对新设计进行优化的灵活性，为此，本文选用了altera 的cvclone系列FPGA芯片EPlC12-240PQFP，该芯片内部有12060个逻辑单元、239616 bit RAM、两个锁相环(PLL)。
本文应用移位寄存器理论来产生序列，其算法的关键是找到线性m序列和非线性m子序列移位寄存器的反馈逻辑式。
1 m序列的实现1.1 基于FPGA的m序列实现利用反馈移位寄存器产生0、1序列时，其n位反馈移位寄存器的逻辑功能如图1所示。
图中，xi蕾表示寄存器所处的状态，通常用0和1来代表两个可能的状态，并且把0和1看成是有限域GF(2)的两个元素。
f(x0，x1，…，xn-1)刻划了移位寄存器反馈逻辑的功能，它可以看成一个定义在GF(2)上并且在GF(2)中取值的n元函数，当f(x0，x1…，xn-1)可以表示成一线性齐次函数时。
即，相应的反馈移位寄存器是线性的，而由线性移位寄存器产生的序列就称为线性移位寄存器序列。
m序列就是线性移位寄存器序列。
对于一个n级m序列移位寄存器来说。
它在每一时刻的内部状态都可以看做有限域GF(2)上的一个n维向量，而反馈函数就是刻划了从每一时刻的状态到下一时刻状态的转移规律，或者说反馈函数定义了n维向量空间上的一个线性变换。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
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特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。