基于流水线技术的Montgomery模乘器优化设计

基于高基FIOS算法,采用流水线技术实现Montgomery模乘器的硬件设计.并讨论流水线级数的选取对模乘器的速度、面积的影响,并推导出最优化流水线级数选取的公式.通过仿真实验证明了设计的优越性.     

智能卡公钥密码体制的模乘器

模乘器的面积过大和速度较慢是影响公钥密码体制 RSA在智能卡应用中的主要问题。文中针对 Montgomery模乘算法进行了分析和改进 ,提出了一种新的适合于智能卡应用的高基模乘器结构。由于模乘器采用两个并行 16bit乘法器和两个流水的加法器 ,使得它有效地降低了芯片面积、提高了运算速度 ,从而实现了智能卡公钥密码体制 RSA的数字签名与认证。仿真表明 :在基于华邦 0 .5μm工艺下 ,模乘器 VLSI实现共用 85 0 0个门 ,在 2 0 MHz的时钟频率下 ,加密 10 2 4bit的数据模幂乘运算平均时间仅需 3 42 ms。这个指标优于当今电子商务的加密处理器 ,适合于智能卡应用     

嵌入式RSA加解密处理器

RSA加密是一个运算密集的过程 ,为了 CPU能实时进行处理 ,设计了一种嵌入式 RSA处理器 ,它可以在外部微处理器的控制下完成 RSA加解密运算。设计中采用了适合硬件实现的 CIOS方法 ,在保持硬件规模较小的同时加速模乘运算速度。在设计中还采用了窗口法减少模幂运算过程中所需进行的模乘运算次数 ,大大提高了处理速度。在电路的控制逻辑中 ,采取了流水线操作 ,进一步提高了处理速度。在 2 0 MHz的时钟频率下 ,该处理器完成 10 2 4bit的模幂运算最多只需 16 0 ms。电路规模约为 2 6 0 0 0等效逻辑门 ,适合用于各种嵌入式系统中     

使用优化的CIOS算法的模运算处理器

为以较小的面积代价实现RSA公钥密码算法及其他一些算法所需的求模、模加、模乘、模幂等运算,该文设计了一种可作为协处理器使用的模运算处理器.运算数据的长度可变,范围从256b到2 048b.采用优化的CIOS(coarselyintegrated operated scanning)算法以加快模乘的速度.充分的流水线设计使得时钟频率可达60MHz,在该工作频率下完成1 024b模幂的时间为57ms.除RAM外的核心电路仅含16 000等效门,在0.35 μm CMOS工艺条件下,包含RAM的电路总面积仅为3.31mm2.该处理器适合用于嵌入式系统,尤其是面积局限性高的系统.     

高速椭圆曲线密码协处理器的设计与实现

为提高椭圆曲线密码协处理器的性能,首先提出了一种改进的蒙哥马利模乘算法以及针对该算法的流水线结构,然后对椭圆曲线的点加和点倍计算流程进行优化,充分发挥模乘单元的流水线优势,使得协处理器计算参数为256 b的点乘只需要232 704个时钟周期.实验结果表明:在Cycloe Ⅱ EP2C35芯片上实现协处理器需要21000个基本单元,位长为256 b的点乘的计算性能达到1287次/s.     

一种高性能可扩展双域模乘器的研究与设计

在原始蒙哥马利模乘算法基础上提出一种双域统一的蒙哥马利模乘算法.根据该算法设计了一种高性能可扩展双域模乘单元电路,以支持蒙哥马利模乘运算的加速计算.该模乘单元电路采用以高基数为处理字长,并使用多处理单元流水计算的方法,来实现高效快速的模乘计算,具有高度的可扩展性和可配置性,支持双域任意位宽的模乘运算.在0.18μm CMOS工艺下,对模乘单元电路性能和面积进行评估表明,面积为166×103门,完成1 024bit的模乘运算仅需1.3μs.     

模切流水线的整体设计

提出了圆压圆模切流水线总体工艺方案的设计思路,针对模切技术的发展现状,对流水线的主要装置进行了再设计,既节约了生产成本,又确保了印刷质量.设计过程中采用大型商用软件实现三维建模和动态模拟,提高了设计效率,缩短了产品制备周期,具有重大的工程应用价值和社会效益.     

WCDMA网络中基于泰勒级数展开的TDOA定位技术研究

采用2步最小二乘算法得到的定位结果作为泰勒级数展开算法的初始估计值，并在WCDMA网络平台中进行了仿真和性能测试．该算法得到了比2步最小二乘算法更高的定位精度，精度接近基于真实值的泰勒级数展开算法，在第3代移动通信中具有较高的实用价值．     

关于凸性模的若干应用

改进和推广了Kadecˇ凸性模定理,并讨论了凸性模对无条件收敛级数和算子级数的应用.     

一种大数模乘运算的线性脉动阵列新结构

提出了一种新型的线性脉动阵列结构用来实现基于Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ算法的并行模乘运算,对于ｎ位模乘运算,需要２ｎ＋１１个时钟周期完成,为了减少每一周期内的运算量,在处理单元内部实现了三级流水线结构,使得每一周期的串行运算量仅为一级全加器,同时,由于处理单元间只有局部互连,连线延迟很小,于是这种新结构脉动阵列模乘器能在很高的频率下工作。另一个方面,每个处理单元结构简单,仅由４个全加器和１４个触发器构成,对于ｎ位模乘运算,总的规模约为４６ｎ＋１８４个门。所以,它在速度和面积上都是优化的,适于ＶＬＳＩ的实现。作为核心运算部件,能有效地用于如ＲＳＡ等许多公钥密码体制的加解密运算。对于０．８μｍＣＭＯＳ工艺,２００ＭＨｚ时钟是完全可行的,在仅使用一个模乘器条件下,５１２位模幂乘加解密运算速度能达到１２９ｋｂｉｔ／ｓ。     

基于Mastrovito乘法的字串行特征二域乘法器

针对目前常用的最低字优先字串行特征二域多项式基乘法器存在冗余计算的问题,提出了一种更加高效的最低字优先字串行乘法器。首先讨论了多项式模乘和Mastrovito乘法与最高位优先和最低位优先位串行乘法之间的关系,然后根据讨论发现的结果,将Mastrovito乘法器转变为字串行的形式,推导出新的最低字优先字串行乘法器。对综合所得的门级网表的比较显示:该乘法器的面积延时积比目前常用的最低字优先字串行乘法器小6.16%,比常用的最高字优先字串行乘法器小2.69%。     

RSA加密中基于二次Booth编码的Montgomery乘法器

研究可用于Montgomery算法的基于二次编码的不同阶的Booth大数乘法器的性能和面积。 通过SMIC 0.13μm工艺实现的阶64, 128和256的128 bit和256 bit的Booth大数乘法器, 分别在160 MHz和125 MHz的频率下实现模乘运算。 实验结果表明, 阶64, 128和256的Booth乘法器在速度上性能一致, 但随着阶的增加, 由于预计算和产生部分积的复杂度上升, 乘法器的面积将增加。     

一款高吞吐率RSA密码处理器的设计

介绍了采用蒙哥马利模乘法算法和指数的从右到左的二进制方法,并根据大整数模乘法运算和VLSI实现的要求进行改进的RSA处理器,在提供高速RSA处理能力的同时,可抵抗某些定时分析攻击和功耗分析攻击.该RSA处理器在其模乘法器中使用了CSA(进位保留加法器)结构以避免长进位链,并采用一种新型(4∶2)压缩器结构以减少面积和延迟.提出了信号多重备份的方法,解决信号广播带来的大的负载和线长问题.数据通路的设计采用一种基于多选器的动态重构方法,其模乘法器可以执行一个1 024位的模乘幂运算,也可以并行执行2个512位的模乘幂运算,从而支持基于中国剩余定理的加速策略.     

’C5X DSP在自适应滤波器设计中的应用

’C5XDSP（DigitalSignalprocessors）具有改进哈佛结构、硬件乘法器、流水线结构、高效特殊指令集等特点，非常适合于自适应滤波器的设计。本文在分析了’C5XDSP结构特，文之后，介绍了利用这一特点实现的自适应滤波器的设计方法。     

纳米电路交叉冗余容错技术研究

提出了一种针对纳米电路的数字电路容错设计新方法.该方法基于交叉冗余原理,利用两种二进制错误的不对称性,采用模块化方法对纳米电路进行容错设计.以阵列乘法器为例,采用新方法对电路进行设计和仿真,并结合实验结果与传统的可重构和三模冗余容错方法进行比较.交叉冗余方法无需检测模块及表决器,不会增加系统延时,并且在资源消耗方面远低于传统方法,对纳米电路尤其适用.     

基于FPGA的流水线珠算加法器设计

在图像处理、数字信号处理等领域需要用到大量加法运算,加法器运算性能对整个系统影响重大。根据操作模型原理,采用珠算算法设计了一个流水结构的并行高速硬件加法器,并在Xilinx Virtex-II的FPGA上实现了设计方案。在FPGA上集成8个处理单元完成并行计算,处理单元运用流水线结构,提高运算频率,并采用数据调度模块解决流水线上“数据相关”问题。仿真结果表明,32位珠算加法器平均运算仅需0.712ns,其速度是32位串行加法器的8.771倍,是32位并行加法器的1.588倍。这对于进一步优化实现硬件乘法器,甚至最终实现硬件除法器提供了研究空间。     

一种低复杂度LDPC译码器的FPGA设计与实现

利用切比雪夫多项式良好的逼近性,提出了基于切比雪夫多项式拟合的BP译码算法,并将该算法在FPGA上进行了实现.该算法利用切比雪夫多项式拟合算法对传统BP算法中的复杂函数进行拟合,用少量的乘法和加法运算代替传统BP算法中的复杂函数.此外,调整得到的多项式系数,使其便于硬件实现.同时,提出一种基于移位运算的切比雪夫结构,减小因乘法器的实现带来的复杂度;并提出基于流水线设计的半并行结构,设计并实现了低复杂度的BP译码器.实验结果表明,相比于相关工作,这种结构能有效减少硬件资源.     

基于FPGA快速二维DCT图像编码结构

本文提出了一种二维DCT快速算法的FPGA实现结构,采用行列分解算法将二维DCT分解成两个一维DCT和一个转置缓冲器组成的结构,其中一维DCT借鉴Arai DCT算法,并采取了FPGA特有的并行的流水线技术,该结构极大减少了加法器和乘法器的数量,节省了计算时间。该结构的特点是高数据吞吐率、硬件资源消耗少,功耗低。实验结果证明了二维DCT核设计的正确性,适合图像的实时处理。