[发明专利]基于FPGA的通用混沌系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的通用混沌系统。包括：混沌序列算法模块，用于产生所需要的混沌数字序列以及对混沌系统迭代的纠错和扰动计算；混沌迭代控制模块，则通过外部的数据配置对混沌序列算法模块进行初始化迭代、纠错和扰动模式的控制，控制整个系统的运行；Global buffer，用来协调混沌序列算法模块产生混沌数字序列的速度和串口波特率的差异；浮点数定点数转换模块，负责对混沌系统产生的浮点数进行定点数的格式转换，用来匹配D/A转换芯片的数据格式；DA控制模块，控制定点数混沌序列输出给DA转换芯片。利用本发明，可以在设计混沌系统时，缩短开发周期，快速实现相应的混沌系统。

技术领域

本发明涉及混沌系统，具体涉及一种基于FPGA的通用混沌系统。

背景技术

混沌是非线性系统所产生的伪随机现象，是非线性系统中所特有的一种运动形式。混沌具有伪随机性、对初始条件敏感等特性，且可以控制和同步。《On the NonchaoticNature of Monotone Dynamical Systems》等文献对于混沌系统的性质和特性做了论述和研究，并罗列了混沌的不同角度定义；《Chaotic transport of navigation satellites》等文献于混沌系统的同步和控制反控制做了深入的研究。并且随着信息科学技术的快速应用和发展，信息的安全问题日渐重要。混沌系统的优良特性使得它在保密通信、密码学等领域有着广泛的应用前景。高性能的混沌伪随机数发生器被广泛应用于诸如通信加密、图像加密和密码学等领域。

在实际混沌研究中需要将实现混沌系统，将其应用于不同的领域中。徐玉杰,李春彪,黄武奇等人在《基于偏置可控混沌系统的保密通信体系构建及其电路实现》使用STM32嵌入式器件实现了混沌系统；文献《基于忆阻器反馈的Lorenz超混沌系统及其电路实现》使用电阻、电容、模拟乘法器和集成运算放大电路等器件来实现模拟电路的混沌系统。混沌系统的分析主要是通过建模探索系统的生成方法，证明混沌的存在性。数学上有一套严格的理论和方法。要设计一个混沌系统，连续混沌系统建模的难度相对较大。这些方法实现连续混沌系统具有难以调试、通用性差等缺陷，而数字电路技术则可以克服这些问题。FPGA(Field Programmable Gate Array)作为当下炙手可热的可编程芯片，专门用于构造不同的数字系统。具有开发周期短、成本低、系统可靠性高、易于修改移植和高性价比等优点，这项技术己渗透到很多应用领域，并且成为混沌数字电路设计的一个趋势。现有技术中使用FPGA技术实现了不同的离散化混沌系统，并且将其应用于不同的领域之中；使用FPGA技术实现了混沌系统伪随机数发生器。混沌系统的FPGA实现受到越来越多的关注，对于相关领域的发展具有重要的实用意义。而目前混沌系统的FPGA通用实现方法现在还没有相关研究，大多都是特定混沌系统，当需要其它混沌信号时，需要重新设计，开发周期很长。

因此，现有混沌系统设计技术存在不具备通用性、开发周期长的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于FPGA的通用混沌系统，具备较高的通用性，能够缩短混沌系统开发周期，快速实现相应的混沌系统。

一种基于FPGA的通用混沌系统，该系统包括混沌迭代控制模块、混沌序列算法模块、浮点数定点数转换模块、串口发送模块、DA控制模块、DA转换芯片以及Global buffer；

混沌序列算法模块，用于产生所需要的混沌数字序列以及对混沌系统迭代的纠错和扰动计算；

混沌迭代控制模块，用于通过外部的数据配置对混沌序列算法模块进行初始化迭代、纠错和扰动模式的控制，控制整个系统的运行；

Global buffer，用于协调混沌序列算法模块产生混沌数字序列的速度和串口波特率的差异，保证外部能够接受到完整的混沌数字序列；

串口发送模块，用于将从Global buffer接受的混沌数字序列输出至应用端；