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数字信号加扰系统在核数据处理上的应用与实现

作　者: 马骁
导　师: 方同秀；陆坤
学　校: 成都理工大学
专　业: 核资源与核勘查工程
关键词: 条件接收系统核数据加扰 ARM9 FPGA
分类号: TN918.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

随着微电子、计算机、网络等技术的飞速发展,在核技术应用领域中核仪器的开发和应用也得到快速发展。从核数据的采集、数据处理、测量结果的现场显示和数据远距离传输等技术都在不断的改进。对于普通的测量数据而言可以通过各种传输手段而达到数据资源共享,但由于核数据关系到国家的机密,如何确保核数据本身的保密性与核数据安全的传输显得尤为重要。目前在数字电视领域已成功应用的条件接收系统(CAS)能有效保护数据的安全性且能及时处理海量数据。条件接收系统是这样一种技术,它保证只有被授权的终端才可以接收相关的数据,条件接收系统总的思路是在前端对数据流进行数字加扰,同时把加扰控制字加密后传输出去,条件接收系统采用一定的策略使得只有授权终端可以解密控制字,然后用控制字解扰获得相应的数据流。这项技术适用于数字信号处理,可以做到数据的保密性,是达到加密核数据的有效途径。本论文试图通过研究如何将该项技术应用在核数据处理与传输中,从而实现核数据安全可靠的传输。首先,本文介绍了条件接收系统的组成和原理;在理解、掌握条件接收系统的核心技术下,采用三层加密技术实现条件接收系统的子系统(加扰系统)的构建,增强了数据的保密性;同时给出了加扰系统的设计方案。系统的控制部分采用ARM9,用来实现与PC的网络通讯、设备的配置以及辅助信息的生成与处理;逻辑与数据处理采用FPGA,用来实现加扰算法、信号的加扰以及信息的复用。论文完成了系统的硬件平台设计方案,包括以ARM9为核心的控制电路、以FPGA为核心的逻辑与数据处理电路、数据输出电路与辅助电路设计。其次,论文阐述了嵌入式系统的设计与开发过程,其中包括以下方面:其一,交叉编译环境的搭建:交叉编译环境是嵌入式开发工具的集合,搭建该环境就是在系统中编译安装开发工具链;其二,操作系统内核的移植:这是嵌入式开发的主要环节之一,移植内核主要是对内核进行重新配置,使它符合特定系统的需要,然后重新编译生成可执行的内核镜像文件;其三,文件系统的移植:文件系统是操作系统对数据进行管理的有效和必要的助手。移植文件系统包括制作文件系统镜像、在Flash上为文件系统分配存储空间以及文件系统与嵌入式操作系统的有效配合;其四,驱动程序的设计:驱动是操作系统与硬件沟通的桥梁,驱动设计就是编写具体硬件的读写控制函数并向操作系统提供统一的接口。再次,论文阐述了FPGA的设计、仿真与编程。最后,文章对该系统的性能做了测试,达到了预期目标。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-13
  1.1 选题依据与研究意义  11-12
  1.2 国内外研究动态  12
  1.3 课题的主要研究内容  12-13
第2章条件接收系统的组成与原理  13-17
  2.1 条件接收系统概述  13
  2.2 条件接收系统的架构  13-15
    2.2.1 终端管理系统  14
    2.2.2 数据管理信息系统  14
    2.2.3 加扰/解扰系统  14
    2.2.4 加密/解密系统  14
    2.2.5 复用/解复用系统  14-15
  2.3 条件接收系统的设计  15-17
    2.3.1 密钥系统  15-16
    2.3.2 ECM 的定义  16
    2.3.3 EMM 的定义  16-17
第3章加扰系统设计方案  17-26
  3.1 加扰系统介绍  17-18
  3.2 SAS 设计  18-19
  3.3 主控制器芯片选择  19-21
    3.3.1 ARM 系列微控制器  19-20
    3.3.2 ARM 系列处理器的比较  20-21
  3.4 嵌入式操作系统  21-23
  3.5 嵌入式文件系统选择  23-25
    3.5.1 JFFSX 文件系统  24
    3.5.2 YAFFS 文件系统  24-25
  3.6 FPGA 的选择  25-26
第4章系统硬件设计  26-36
  4.1 基于ARM9 的控制系统  27-33
    4.1.1 AT91RM9200 处理器  27-29
    4.1.2 FLASH 存储器接口电路  29-31
    4.1.3 SDRAM 接口电路  31-32
    4.1.4 网络电路设计  32-33
  4.2 基于FPGA 的逻辑与信号处理系统  33-36
第5章基于ARM 的系统软件设计  36-51
  5.1 系统引导程序BOOTLOADER  36-37
  5.2 嵌入式LINUX 操作系统内核移植  37-42
    5.2.1 LINUX 内核结构  37-38
    5.2.2 建立交叉编译环境  38-39
    5.2.3 LINUX 内核下载  39
    5.2.4 LINUX 内核移植  39-42
  5.3 JFF52 文件系统移植  42-44
  5.4 LINUX 驱动程序开发  44-47
    5.4.1 LINUX 设备驱动程序开发流程  44-45
    5.4.2 模块化驱动程序设计  45
    5.4.3 ARM 与FPGA 通讯驱动程序部分源码  45-47
  5.5 网络驱动程序开发  47-51
    5.5.1 LINUX 网络系统体系结构  47
    5.5.2 LINUX 网络驱动程序  47-48
    5.5.3 以太网驱动程序  48-51
第6章基于FPGA 的系统软件设计  51-58
  6.1 FPGA 的设计流程  51-52
  6.2 FPGA 实现模块的框架与仿真  52-56
    6.2.1 加扰模块  53-54
    6.2.2 复用模块  54-55
    6.2.3 通讯模块  55-56
  6.3 FPGA 的编程和配置  56-58
第7章系统测试  58-66
  7.1 单元电路测试  58-61
  7.2 整体调试  61-62
  7.3 软件测试  62-63
  7.4 一般数据测试结果  63-64
  7.5 核数据测试结果  64-66
结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
攻读学位期间取得学术成果  70

数字信号加扰系统在核数据处理上的应用与实现

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