基于IEEE-754标准和现场可编程门阵列技术的混沌产生器设计和实现.pdfVIP

第57卷第8期2008年8月 物 理学 报 1000．3290，2008／57(08)／4738．10 ACTAPHYSICASINICA @2008 Chin．Phys．Soc． 基于IEEE．754标准和现场可编程门阵列技术的 混沌产生器设计与实现* 周武杰 禹思敏 (广东工业大学自动化学院，广州510006) (2007年12月26日收到；2008年4月24日收到修改稿) 提出了基于IEEE．754标准的现场可编程门阵列(n，cA)通用混沌与超混沌信号产生器设计与硬件实现的一种 新方法．首先，根据Euler算法，对连续混沌系统作离散化处理，便于FPGA等一类数字信号处理器件的实现．其次． 基于IEEE一754标准和模块化设计理念，用硬件描述语言构建出浮点数的乘法运算、加法运算、符号函数运算、正负 绝对值运算、初始值与迭代值选择等5个基本模块，并以此为基础，进一步在FPGA平台上产生包括网格状多涡卷 蔡氏系统在内的多种不同类型的混沌与超混沌信号．最后，通过对语音芯片的配置，利用其立体声左右通道输出 两路混沌信号，可在示波器上显示多种混沌与超混沌吸引子的相图．该方案的主要特点是通用性强．对IEEE-754 标准的浮点数算法以及在FPGA平台上产生混沌与超混沌信号的原理进行了分析，给出了算法流程图、技术开发过 程以及硬件设计与实现结果． 关键词：网格状多涡卷混沌系统，IEEE一754标准，现场可编程门阵列，浮点数算法 PACC：0545 本的运算，而FPGA硬件本身只能作整数运算，并且 1．引 言 现行的FPGA硬件中也没有提供相应的浮点运算功 能．因此，首先必须在FPGA中解决浮点数运算问 混沌及其应用是近年来非线性电路与系统领域 此基础上，国内外的一些相关文献报道了利用此标 中一个十分活跃的研究课题．从1963年Lorenz发 现第一个混沌吸引子开始至今的40多年里…，混沌 准来实现浮点数加(减)法、乘法和除法运算的一些 的发展经历了从认识了解、深化研究到工程应用等 具体算法及其FPGA实现m瑚】．我们注意到，利用浮 多个不同的阶段卜圳，特别是近年来有关单方向和 点数的加(减)法运算和乘法运算，在FPGA技术平 多方向网格状多涡卷混沌吸引子的理论设计与技术 实现¨一圳以及混沌在必威体育官网网址通信中应用等课题备受研 模拟可编程器件产生模拟混沌信号等研究结果也有 究者的关注滔一训．最近，文献[24]综述了这些领域 了相关报道¨卜_圳．此外，文献[39，40]还报道了用 的研究进展．在硬件实现方面，传统的方法通常是 FPGA技术产生混沌与超混沌信号，但所采用的是 利用电子电路来完成的，但存在电路参数离散性较 DSP 大、通用性较差等问题，尤其是对于产生网格状多涡 描述语言来实现的，其主要缺点是不能从根本上解 卷混沌吸引子电路的设计、调试和应用推广比较困 决时序控制等问题，在混沌同步及其在必威体育官网网址通信中 难，电路设计者需要有较高的技巧和经验Ⅲ1．解决 的应用受到了限制． 这些问题的有效途径之一是基于离散化和数字化处 理技术，利用现场可编程门阵列(FPGA)技术实现混标准，对FPGA通用混沌与超混沌信号产生器进行 沌算法，从而为混沌的应用，尤其是在混沌必威体育官网网址通信 了设计．基于连续混沌系统离散化与模块化的设计 领域中的应用提供技术支持． 方法，可产生多种不同类型的混沌与超混沌信号．该 我们知道，浮点数运算是数字信号处理中最基 方法能较好地解决系统中各个模块的时