在友晶DE1-SOC开发板实现Chirikov标准映射求解器

引言

今天继续常春藤名校之一——康奈尔大学的FPGA课程ECE 5760典型案例分享：基于DE1-SOC开发板的Chirikov标准映射求解器。

1. 项目概述

项目说明

该项目是在友晶DE1-SOC开发板实现Chirikov标准映射的求解器，并将其应用于图像加密和解密的概念验证。

2. Chirikov标准映射求解器模型

Chirikov的标准映射的求解器模型由Boris Chirikov于1969年首次引入，标准映射是一个离散时间的哈密顿动力系统，由以下方程组描述：

以及逆映射方程描述：

这种可逆性使我们能够利用标准映射来实现加密/解密方案。（更细节的描述可参考该项目网址）

3. 工程设计

该工程包含FPGA端设计和HPS端设计。

首先迭代器在FGPA上实现，因为这个计算可以通过状态机去轻松实现。

FPGA中还实现了第二个状态机，连接到一个具有640x480个元素、8位宽的VGA内存的M10k块。这个状态机控制迭代器并根据指示写入内存。

在HPS（ARM Cortex-A9 hard IP）上，主要通过PIO通道控制顶层状态机从而控制输入和输出到迭代器。该项目包含三个程序，第一个是交互式演示，使用多线程程序来轮询鼠标输入并触发迭代器；第二个自动化演示，去掉了鼠标事件轮询，并用一个自动化的嵌套循环来迭代K并选择100个伪随机点；第三个是加密演示，C程序被修改为仅将像素数据发送到FPGA以写入图像。该程序使用命令行参数来设置各种参数。