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天基网络体系及自适应资源动态管理

中国空间科学技术 2021年第2期41卷 31-37页

作者：王睿韩笑冬韩欢王柏岩安卫钰王超中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状... 详细信息

随着天基网络应用范围的不断扩大和承担任务重要性的持续提升,天基网络及通信卫星星座建设将在未来网络通信中发挥越来越重要的作用。天基资源管理技术对于天基网络业务负载的实时性和高效性保证具有重要的意义。文章就天基网络的现状和业务特点进行分析,针对天基信息网络的资源管理系统功能和特点,对资源动态管理技术,包括实现场景、功能重构和资源分配进行研究,针对实时的资源分配,基于首价密封(First price sealed-bid,FPSB)拍卖博弈提出了一种自适应分布式资源分配方法,并进行了相应的分配方案设计。最后通过对天基网络场景的仿真,证明了该方法在提高天基网络资源利用率和系统运行效率上的优势。

关键词：天基网络资源管理资源分配协作动态可重构

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HEVC中分像素插值算法的动态可重构实现

计算机工程与设计 2022年第3期43卷 764-770页

作者：惠超蒋林朱筠王萍崔馨月西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安科技大学集成电路实验室陕西西安710054

针对高效视频编码(high efficiency video coding,HEVC)分像素运动估计亮度分量插值算法计算量大、冗余度高、难以实现不同编码块之间灵活切换的问题,提出一种动态可重构且具有高数据复用率的分像素插值算法实现方法。根据编码单元(codi... 详细信息

针对高效视频编码(high efficiency video coding,HEVC)分像素运动估计亮度分量插值算法计算量大、冗余度高、难以实现不同编码块之间灵活切换的问题,提出一种动态可重构且具有高数据复用率的分像素插值算法实现方法。根据编码单元(coding unit,CU)的规模和大小自适应地对其周围参考像素块进行插值计算,得到最优预测单元的编码模式和运动矢量。实验结果表明,与专用硬件实现的分像素插值算法相比,不同编码块灵活切换的同时,参考像素的读取数量减少43.8%,硬件资源消耗减少18.5%。

关键词：高效视频编码阵列处理器动态可重构高精度运动估计分像素插值

动态可重构阵列处理器数据流处理单元的设计与实现

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微电子学与计算机 2017年第1期34卷 106-109页

作者：山蕊李涛蒋林西安邮电大学电子工程学院陕西西安710061

阵列处理器是一种满足高效能需求、适应未来工艺发展的并行计算结构.基于动态可重构阵列处理器架构,提出了一种基于数据流驱动的处理单元高效硬件实现结构,并完成了四抽头低通滤波器的电路映射及仿真,最后基于Xilinx V6开发板的综合结... 详细信息

阵列处理器是一种满足高效能需求、适应未来工艺发展的并行计算结构.基于动态可重构阵列处理器架构,提出了一种基于数据流驱动的处理单元高效硬件实现结构,并完成了四抽头低通滤波器的电路映射及仿真,最后基于Xilinx V6开发板的综合结果进行了性能分析.

关键词：阵列处理器动态可重构数据流并行计算

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基于FPGA的混合加密异构计算系统实现

基于FPGA的混合加密异构计算系统实现

作者：聂一江南大学

学位级别：硕士

数据加密是保障数据安全的重要手段。随着大数据的发展及加密场景的增多,单一的传统加密算法构成的安全策略很容易出现安全风险。混合加密过程使用多个算法处理数据,提高了破解难度,能够进一步保障信息安全。因加密应用对即时性的需求,... 详细信息

数据加密是保障数据安全的重要手段。随着大数据的发展及加密场景的增多,单一的传统加密算法构成的安全策略很容易出现安全风险。混合加密过程使用多个算法处理数据,提高了破解难度,能够进一步保障信息安全。因加密应用对即时性的需求,运算速度便成为了重要的指标。混合加密的实现方式主要分为硬件实现和软件实现两种。目前对混合加密算法硬件实现的研究往往只专注于对特定的算法加速,或在FPGA片上建立密码库与控制模块实现加密系统,该方法可以获得更佳的性能,但存在硬件系统灵活性差、控制模块复杂、硬件资源占用过多等问题;软件实现方式具有较高的灵活性,但由于混合加密的计算复杂度较高,存在计算速度慢、占用内存久等问题。针对上述问题,本文设计并实现了基于CPU-FPGA的混合加密系统。既充分利用FPGA的并行能力,对加密算法性能瓶颈或计算密集点进行硬件电路设计以实现加速计算;又可以利用CPU在软件控制下对FPGA中的不同算法硬件模块进行在线动态重构,以适用混合加密方案,使系统兼具灵活性与高性能。本文的主要工作如下:第一,实现AES/DES、RSA、SHA256算法的CPU-FPGA异构计算加速。首先从算法逻辑层面选择并行度高且适合FPGA计算的逻辑实现算法;在此基础上对计算任务进行软硬件划分,将计算密集型任务分配至FPGA以并行的方式计算;之后针对不同算法的并行特性与数据存取特性,选择不同的硬件架构与优化方法,实现算法在FPGA端的硬件加速。本研究使用Intel Stratix10 FPGA板卡进行验证,实验结果表明:AES算法性能相比Intel Xeon E5-2650 CPU与Nvidia Ge Force GTX1080 GPU分别获得了23.18和1.43倍的加速比;RSA相比Intel Xeon E5-2650 CPU获得了2.16倍的加速比;SHA256相比Intel Xeon E5-2650 CPU获得了22.69倍的加速比。第二,基于动态可重构的混合加密与数字签名设计与实现。通过CPU对FPGA算法模块的调度实现AES-RSA、AES-DES、SHA256-RSA混合调用以实现混合加密与数字签名功能,并基于Open CL数据传输模型通过PCIe总线实现CPU与FPGA间的数据传输。为提高混合加密灵活性与资源利用率,针对多算法占用系统资源问题提出了动态可重构平台设计,通过FPGA的动态可重构原理实现多种加解密功能动态切换,并设计FPGA硬件资源分配方案。第三,混合加密异构计算系统实现。实现混合加密异构计算系统中对称加解密、非对称加解密、混合加解密、数字签名等功能,并结合开源密码软件Hashcat实现系统应用。对系统功能与性能测试,实验测试表明:RSA-AES混合加密加速比为5.08,SHA256-RSA数字签名加速比为4.87,并且系统计算中硬件重构时间占比小于18.5%。

关键词：混合加密 FPGA 异构系统动态可重构

基于混合编码的FPGA系统配置文件压缩算法

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计算机研究与发展 2018年第5期55卷 1049-1064页

作者：伍卫国王超辉王今雨聂世强胡壮西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 国家数据广播工程技术研究中心(西安交通大学) 西安710049

随着集成电路制作工艺的提升,FPGA可重构资源数量不断增加,导致配置文件体量过大从而引起配置过程耗时较长.针对这个问题,提出了一种基于混合编码的配置文件压缩算法MH-RLE.该算法根据二进制配置文件中"0"和"1"的分布特点,首先,采用RLE... 详细信息

随着集成电路制作工艺的提升,FPGA可重构资源数量不断增加,导致配置文件体量过大从而引起配置过程耗时较长.针对这个问题,提出了一种基于混合编码的配置文件压缩算法MH-RLE.该算法根据二进制配置文件中"0"和"1"的分布特点,首先,采用RLE定长压缩方法对其进行压缩;然后,采用Huffman编码解决RLE定长压缩计数位"空零"问题;最后,使用提出的掩码方式进行二次压缩以进一步提升压缩率.实验结果表明:MH-RLE的平均压缩率为49.82%,相较于其他6种压缩算法其压缩率均有不同程度的提升,最多可提升12.4%.

关键词：动态可重构二进制配置文件游程编码 Huffman编码掩码压缩

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动态可重构智能微波光波融合系统

电信科学 2014年第8期30卷 47-59页

作者：纪越峰徐坤田慧平戴一堂王瑞鑫申冠生北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室

微波光子技术充分利用光子学低损传输、宽带处理与分布接入的优势来满足宽带微波信号的产生、传输、处理、控制和组网等需求。重点分析了动态可重构微波光波融合系统面临的技术挑战,通过融合特有的无线蜂窝系统和光纤接入系统,给出了微... 详细信息

微波光子技术充分利用光子学低损传输、宽带处理与分布接入的优势来满足宽带微波信号的产生、传输、处理、控制和组网等需求。重点分析了动态可重构微波光波融合系统面临的技术挑战,通过融合特有的无线蜂窝系统和光纤接入系统,给出了微波光子传输链路、信号处理、系统建模与构建等方面的研究思路与分析方法,报道了动态可重构微波光波融合系统的实验研究与分析结果,展望了未来研究与应用的发展方向。

关键词：微波光子学宽带动态可重构光纤无线融合

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动态可重构穿戴计算机软件平台的设计与实现

动态可重构穿戴计算机软件平台的设计与实现

作者：魏司璐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着集成电路技术的发展,可穿戴计算机已经逐渐广泛应用在军事、医疗等各个领域。但是人们的需求是不断变更的,这使得可穿戴计算机需要有更复杂更多样化的应用功能,但是具有这样应用功能的计算机往往需要更强性能[1]而且具有丰富的传感... 详细信息

随着集成电路技术的发展,可穿戴计算机已经逐渐广泛应用在军事、医疗等各个领域。但是人们的需求是不断变更的,这使得可穿戴计算机需要有更复杂更多样化的应用功能,但是具有这样应用功能的计算机往往需要更强性能[1]而且具有丰富的传感设备与挂件,这使得计算机的板载面积变大、能耗变高,和可穿戴计算机的体积小、能耗低、质量轻的特点相背离。为了解决这一难题,本论文把动态可重构的技术运用到可穿戴计算机上,可以有效的提高可穿戴计算机的性能、控制可穿戴计算机的能耗。并在动态可重构穿戴机上搭建软件平台,对动态可重构进行管理,把动态可重构的一系列复杂过程封装成上层可以直接调用函数库,以一套软件API的形式呈现给软件开发人员使用,实现了开发的透明编程,降低开发人员在动态可重构计算机上进行软件开发的难度,并通过动态可重构软件平台上的各个应用软件来验证这套系统的实用性。本文主要的研究工作如下:(1)研究动态可重构的原理与技术,确定在可穿戴计算机上运用动态可重构技术构成的硬件平台环境。(2)研究Linux内核驱动程序的编写,编写FPGA和CPLD的驱动程序,设计动态可重构配置控制程序,设计动态可重构为上层应用提供服务的接口。(3)开发动态可重构穿戴机软件平台,包括桌面管理模块、即时通信模块、地图GPS模块、视频采集模块。(4)利用动态可重构硬件逻辑,对应用软件做硬件加速的对比实验。

关键词：可穿戴计算机动态可重构现场可编程门阵列

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动态可重构虚拟仪器技术

仪表技术与传感器 2012年第2期 25-27页

作者：赖红何岭松中兴通讯股份有限公司广东深圳518000 华中科技大学湖北武汉430074

针对传统仪器中硬件决定仪器功能带来的测量仪器功能单一、灵活性差的问题,在以数据为中心的测量标准模型和现场可编程虚拟仪器内核模型的基础上提出了动态可重构虚拟仪器的总体结构模型,采用基于构件的虚拟仪器内核的系统装配模型,实... 详细信息

针对传统仪器中硬件决定仪器功能带来的测量仪器功能单一、灵活性差的问题,在以数据为中心的测量标准模型和现场可编程虚拟仪器内核模型的基础上提出了动态可重构虚拟仪器的总体结构模型,采用基于构件的虚拟仪器内核的系统装配模型,实现了虚拟仪器系统的动态重构。

关键词：虚拟仪器动态可重构下一代测试仪器 XML 软件体系结构

视频阵列处理器HEVC去块滤波算法动态重构实现

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计算机工程与设计 2023年第3期44卷 836-844页

作者：夏馨缘山蕊杨坤崔馨月姬申涛西安邮电大学电子工程学院陕西西安710121 西安邮电大学计算机学院陕西西安710121

去块滤波算法是高效视频编码标准(high-efficiency video coding,HEVC)的重要组成部分,专用硬件实现的去块滤波电路结构难以满足不断革新的算法需求,可重构计算兼具计算高效性和编程灵活性成为研究热点。基于指令流与数据流混合驱动可... 详细信息

去块滤波算法是高效视频编码标准(high-efficiency video coding,HEVC)的重要组成部分,专用硬件实现的去块滤波电路结构难以满足不断革新的算法需求,可重构计算兼具计算高效性和编程灵活性成为研究热点。基于指令流与数据流混合驱动可重构视频阵列处理器(reconfigurable video array processor,RVAP),提出一种可重构的HEVC编码去块滤波电路的并行化实现方法,依据数据流图分析实现去块滤波算法的最大化并行,提高计算效率;通过强/弱滤波方式的灵活切换,提高计算资源利用率。实验结果表明,所提方法在满足算法灵活切换和计算速度要求的同时,硬件资源减少了47.6%,时钟频率达167 MHz。

关键词：动态可重构阵列处理器高效视频编码去块滤波并行映射混合驱动资源利用率