引言

今天繼續(xù)常春藤名校之一——康奈爾大學(xué)的FPGA課程ECE 5760典型案例分享：基于DE1-SOC開發(fā)板的Chirikov標(biāo)準(zhǔn)映射求解器。

1. 項目概述

項目說明

該項目是在友晶DE1-SOC開發(fā)板實現(xiàn)Chirikov標(biāo)準(zhǔn)映射的求解器，并將其應(yīng)用于圖像加密和解密的概念驗證。

2. Chirikov標(biāo)準(zhǔn)映射求解器模型

Chirikov的標(biāo)準(zhǔn)映射的求解器模型由Boris Chirikov于1969年首次引入，標(biāo)準(zhǔn)映射是一個離散時間的哈密頓動力系統(tǒng)，由以下方程組描述：

以及逆映射方程描述：

這種可逆性使我們能夠利用標(biāo)準(zhǔn)映射來實現(xiàn)加密/解密方案。（更細節(jié)的描述可參考該項目網(wǎng)址）

3. 工程設(shè)計

該工程包含F(xiàn)PGA端設(shè)計和HPS端設(shè)計。

首先迭代器在FGPA上實現(xiàn)，因為這個計算可以通過狀態(tài)機去輕松實現(xiàn)。

FPGA中還實現(xiàn)了第二個狀態(tài)機，連接到一個具有640x480個元素、8位寬的VGA內(nèi)存的M10k塊。這個狀態(tài)機控制迭代器并根據(jù)指示寫入內(nèi)存。

在HPS（ARM Cortex-A9 hard IP）上，主要通過PIO通道控制頂層狀態(tài)機從而控制輸入和輸出到迭代器。該項目包含三個程序，第一個是交互式演示，使用多線程程序來輪詢鼠標(biāo)輸入并觸發(fā)迭代器；第二個自動化演示，去掉了鼠標(biāo)事件輪詢，并用一個自動化的嵌套循環(huán)來迭代K并選擇100個偽隨機點；第三個是加密演示，C程序被修改為僅將像素數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA以寫入圖像。該程序使用命令行參數(shù)來設(shè)置各種參數(shù)。