Реверсивний генератор кодових послідовностей на FPGA

Abstract

Генератори кодових послідовностей (ГКП) широко використовуються в цифрових системах радіотехніки та зв’язку, обчислювальної техніки та автоматики для зберігання інформації і виконання арифметичних операцій, а також діагностування і корекції похибок цифрових пристроїв у ланцюгах керування і синхронізації. Серед різного типу ГКП набули поширення генератори псевдовипадкових чисел і генератори зі сталими кодами, в яких сполучення нулів та одиниць у розрядах регістра залишається незмінним. Послідовність називається псевдовипадковою, якщо вона виглядає, як безсистемна і випадкова, хоча насправді вона створювалась за допомогою суто детермінованого процесу, відомого під назвою псевдовипадкового генератора. Подібні генератори переважно задаються де-яким початковим значенням і за допомогою певних алгоритмів отримують з нього випадкові послідовності кодів. В цьому сенсі псевдовипадкові генератори можна розглядати як розповсюджувачі випадковості. До основних недоліків таких пристроїв слід віднести те, що виконання зсуву здійснюється тільки праворуч, що зменшує функціональні можливості. Авторами проведено аналіз сучасних методів реалізації генераторів кодових послідовностей та, враховуючи їх недоліки, запропоновано нове схемне рішення реверсивного генератора кодових послідовностей, яке дозволяє зменшити використовуваний ресурс інтегральних схем, оскільки побудований на регістрі довільної розрядності, і таким чином дає можливість утворювати вихідну шину довільної розрядності без зміни вихідного коду в точці реверсу. Описано метод визначення функції збудження для n-розрядного регістра зсуву та наведено приклад розрахунку чотирирозрядного регістра зсуву, що забезпечує автоматичне повернення до основного режиму роботи системи. Таке рішення дозволяє створювати гнучкі системи на основі стандартних інтегральних мікросхем жорсткої логіки. Подано результати моделювання схеми реверсивного генератора кодових послідовностей у програмному забезпеченні САПР Altera Quartus II з наведенням часових діаграм роботи пристрою.

Code sequence generators (CSGs) are widely used in digital systems of radio engineering and communication, comput-er technology and automation, for storing information and performing arithmetic operations, as well as diagnosing and cor-recting digital device errors in their control and synchronization circles. Among various types of CSG propagation generators were pseudo-random numbers and generators with constant codes, in which the combination of zeros and units in the bits of the register remains unchanged. A sequence is called pseudorandom, if it looks like a systemic and random, although in fact it was created using a purely deterministic process known as the pseudo-random generator. Such generators are pre-dominantly given some initial values and, with the help of certain algorithms, receive random sequences of codes from it. In this sense, pseudorandom generators can be considered as spreaders of chance. The main disadvantages of these devices include the fact that the offset is performed only to the right, which reduces the functionality. In this article, an analysis of modern methods for generating code sequence generators and taking into account their shortcomings, the authors proposed a new schematic solution for a reversible code sequence generator, which reduces the required resource of integrated circuits, so that it is constructed on an arbitrary bit register, thus giving an opportunity to form an output a bus of any size without changing the source code at the reverse. The method of determining the excitation func-tion for the n-bit shift register is described, and the example of calculating the 4-bit shift register is provided, which provides a return to the main work of the system. This solution allows creating flexible systems based on standard integrated circuits of hard logic. The result of the simulation of the reverse code sequence generator in the software of the Altera Quartus II CAD with the time charts of the device operation is described.

Генераторы кодовых последовательностей (ГКП) широко используются в цифровых системах радиотехники и связи, вычислительной техники и автоматики, для хранения информации и выполнения арифметических опе-раций, а также диагностирования и коррекции ошибок цифровых устройств, в цепях управления и синхрониза-ции. Среди различного типа ГКП получили распространение генераторы псевдослучайных чисел и генераторы с постоянными кодами, в которых сочетание нулей и единиц в разрядах регистра остается неизменным. После-довательность называется псевдослучайной, если она выглядит, как бессистемная и случайная, хотя на самом деле она создавалась с помощью детерминированного процесса, известного под названием псевдослучайного генератора. Подобные генераторы преимущественно задаются некоторым начальным значением и с помощью определенных алгоритмов получают из него случайные последовательности кодов. В этом смысле псевдослу-чайные генераторы можно рассматривать как распространители случайности. К основным недостаткам дан-ных устройств, следует отнести то, что выполнение смещения осуществляется только вправо, что умень-шает функциональные возможности. Проведен анализ современных методов формирования генераторов кодовых последовательностей и, учиты-вая их недостатки, авторами предложено новое схемное решение реверсивного генератора кодовых последова-тельностей, что позволяет уменьшить необходимый ресурс интегральных схем, поскольку реализован на реги-стре произвольной разрядности, таким образом, это дает возможность создавать выходную шину произвольной разрядности без изменения выходного кода в точке реверса. Описан метод определения функции возбуждения для n-разрядного сдвигового регистра и приведен пример расчета четырехразрядного кода, который обеспечи-вает автоматический возврат к основной работе системы. Такое решение позволяет создавать гибкие сис-темы на основе стандартных интегральных микросхем жесткой логики. Изложены результаты моделирования схемы реверсивного генератора кодовых последовательностей в программном обеспечении САПР Altera Quartus II с временными диаграммами работы устройства.