專利名稱：基于dsp的三維數(shù)字混沌信號發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于數(shù)據(jù)密碼、保密通信和信息安全技術領域，具體涉及一種基于DSP 的三維混沌信號數(shù)字發(fā)生器，可應用于混沌系統(tǒng)對通訊加密的領域。
背景技術：
隨著全球信息化的飛速發(fā)展，我國大量建設的各種信息化系統(tǒng)已經(jīng)成為國家關鍵基礎設施，其中許多業(yè)務要與國際接軌，諸如通信、電子商務、金融網(wǎng)絡等方面的業(yè)務。同時在信息開放的今天，如何保障我國的政府、軍事、商業(yè)和金融等行業(yè)領域的信息安全，成為我國建設的重要課題。信息安全已成為影響國家長遠利益的重大關鍵課題。隨著人類對自然不斷地探索，混沌系統(tǒng)在信息安全等諸多方面得到了廣泛的應用?；煦绗F(xiàn)象是20世紀60年代發(fā)現(xiàn)的，被認為是繼牛頓定律和相對論之后的重要發(fā)現(xiàn)，改變了人們對客觀事物的認識方法?；煦缰两襁€沒有一個普遍被人們接受的定義。不同的定義從不同的角度看問題，盡管它們在邏輯上不一定等價，但是本質相同?；煦缇哂须S機系統(tǒng)的特征，又具有很強的確定性和規(guī)律性，所謂形散而神聚?；煦缦到y(tǒng)具有以下特征(1)非線性(2)確定性(3)對系統(tǒng)的初值相當敏感(4)存在奇異吸引子(5)長期不可預測性(6)自相似結構(7)無序中的有序性目前對于用實際電路所構建的混沌電路，多是由電子器件所搭建起來的模擬電路，但是利用模擬電路實現(xiàn)混沌系統(tǒng)存在很多的缺點?；煦绾苤匾奶匦跃褪浅踔得舾行?， 而用模擬電路實現(xiàn)的系統(tǒng)混沌的動力學行為很容易受外界各種因素的影響，比如溫度、工作電壓、系統(tǒng)有關參數(shù)的微小變化都會使混沌系統(tǒng)的工作狀態(tài)發(fā)生變化，使系統(tǒng)由混沌狀態(tài)變?yōu)橹芷跔顟B(tài)。隨著科學技術不斷進步，DSP是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支。用DSP實現(xiàn)的數(shù)字混沌保密系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)在滿足保密通信的隱蔽性、靈活性、保密性等要求的同時， 具有成本低廉，便于攜帶和維護的優(yōu)點。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種基于DSP的三維數(shù)字混沌信號發(fā)生器。本實用新型所提供的基于DSP的三維數(shù)字混沌信號發(fā)生器包括數(shù)字信號處理芯片DSP，用于進行相關程序的運算與數(shù)據(jù)存儲；芯片內固化有混沌系統(tǒng)離散化算法，在給定初值的情況下，DSP將運算結果輸出至數(shù)模轉換芯片；數(shù)模轉換芯片，與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于將DSP輸出的運算結果進行數(shù)模轉換，并將轉換后的模擬量輸出，輸出結果分為三個相位Χ、γ、ζ，任取兩個量，可由示波器觀察波形；供電模塊，與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于向DSP提供電源；存儲器模塊，通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于儲存DSP計算所得三階混沌系統(tǒng)的離散化后的點坐標；復位電路模塊，與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于當DSP工作異常時重新啟動；DSP外圍輸出模塊，通過12位數(shù)據(jù)線與地址總線與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，采用并行傳輸方法，通過DSP地址總線選擇輸出端口，將數(shù)字量轉換為模擬量；USB通訊模塊，與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，實現(xiàn)混沌系統(tǒng)離散化算法程序的下載與計算所得數(shù)據(jù)的上傳。其中，DSP芯片內固化的混沌系統(tǒng)離散化算法中，需要將連續(xù)的三階混沌系統(tǒng)離散化，所采用的方法為四階Rimge-Kutta算法，其中步長
A =0.01 , η的初值為1，變量的初值分另丨」是巧=1，Λ =1 =1。所編寫的算法中，連續(xù)系統(tǒng)被離散化后，在離散化的初始階段，將HZ定義為浮點型變量，目的是為了保持運算的高精度，從而正確反映系統(tǒng)的真實特性。所采用的DSP為一款定點DSP，因此為了提高系統(tǒng)實時性，減少浮點運算的對于DSP處理能力的影響，本實用新型采用了一種簡單的處理方法，即在取整前將相應變量擴大20倍，然后再強制轉換為整形，這樣，既保證了可以滿足對運算精度的要求，又保證了對運算實時性的要求。以變
量ι為例，即如表達式力0),所得新數(shù)組代表χ變量的整型取值范圍。本實用新型的優(yōu)點和有益效果本實用新型目的是解決現(xiàn)有技術中，使用模擬電路實現(xiàn)的系統(tǒng)混沌的動力學行為，因為混沌系統(tǒng)本身的初值敏感性，很容易受外界各種因素的影響，如電路器件工作溫度，電壓、電流不穩(wěn)定等，容易使混沌系統(tǒng)的工作狀態(tài)發(fā)生變化，使系統(tǒng)由混沌狀態(tài)變?yōu)橹芷跔顟B(tài)的問題，本實用新型提供一種基于DSP的三維混沌信號數(shù)字發(fā)生器，所以其產(chǎn)生的混沌信號是由運算得出不受外界各種因素的影響，并且可以方便快捷地產(chǎn)生不同三維數(shù)字混沌信號，節(jié)省了搭建、焊接不同參數(shù)的三維混沌電路所耗費的時間，省時高效。

圖1是結構原理圖。圖2是DSP功能模塊。圖3是外圍輸出電路模塊。圖4是DSP供電模塊。圖5是USB通訊模塊。圖6是復位電路模塊。圖7是數(shù)模轉換模塊。圖8是算法流程圖。[0035]圖9是Lorenz系統(tǒng)的n相位。
具體實施方式
本實用新型以一個三維混沌系統(tǒng)一Lorenz系統(tǒng)為例進行相關說明。—、硬件組成分析及具體硬件的連接方式本裝置主要包括型號為TMS320F2812的DSP芯片，DAC7724數(shù)模轉換芯片，其中 DSP芯片內含固化的混沌系統(tǒng)離散化算法，該算法為在CCS2. 0環(huán)境下所編寫的C語言程序。 用戶針對所要得到的混沌系統(tǒng)，用C語言程序實現(xiàn)Z、7、Z的迭代關系，再將編譯后的算法通過計算機下載到DSP中。在給定初值的情況下，DSP將運算結果輸出至DAC7724，由其進行數(shù)模轉換。模擬量輸出分為X、八^三個變量，任取兩個量，可由示波器觀察波形。硬件組成的模塊化結構如圖1所示，其中DSP^12為核心芯片，用于進行相關程序的運算與數(shù)據(jù)存儲，如圖2所示為DSP功能部分的接線圖。硬件組成的結構圖中還包括輔助DSP工作的其他功能模塊，包括供電模塊(Power)、存儲器模塊(Memory)和復位電路模塊(Reset Circuit)，DSP外圍輸出模塊以及與電腦相連接的USB通訊模塊。DSP2812的內部存儲空間足以儲存滿足產(chǎn)生數(shù)字混沌信號所需的數(shù)據(jù)，不再進行外圍存儲器擴展，為了保證DSP儲存數(shù)據(jù)有效輸出至數(shù)模轉換模塊，則需要連接外圍輸出接口電路圍存儲器擴展。所要說明的是，如圖3所示。對于任何一種芯片來說，供電模塊不可或缺，有的固化在芯片之中，有的需要外圍連接。我們根據(jù)DSP^12這款對于供電電壓的要求，VDD=+1. 9v, VDDI0=+3. 3v,我們采取的是外圍連接的方式，并且對于供電模塊進行更精確的穩(wěn)壓處理。供電模塊如圖4所示。由于要在DSP中固化產(chǎn)生混沌系統(tǒng)的算法，所以要采用USB通訊方式來達到DSP 與微型計算機通訊的目的，以便有效進行程序的下載與數(shù)據(jù)的上傳。使用CY7C68001其中數(shù)據(jù)傳送口與DSP的數(shù)據(jù)總線連接，并將其轉化為串行數(shù)據(jù)通過USB接口與微型計算機USB 端口相連。USB通訊模塊如圖5所示其中DSP的復位電路是為了保證DSP處于一種已知的、對內部各部件和外部引腳安全的、利于進入運行模式的初始狀態(tài)。復位信號由DSP提供，復位撤銷時，DSP進入正常工作狀態(tài)。相關電路參數(shù)如圖6所示。DAC77M是數(shù)模轉換模塊的核心芯片，它起到承上啟下的作用，系統(tǒng)正常工作時， DSP將十二位的數(shù)據(jù)送至DAC7724，同時DSP的地址線通過地址譯碼，片選到DAC77M使其工作，進行數(shù)模轉換。通過程序設計，使每次DSP送出數(shù)據(jù)的間隔大于DAC77M數(shù)模轉換的時間，并且該數(shù)模轉換芯片為4通道12位雙緩沖的DAC，即使在程序中不做延時處理，也能保證每次轉換的可靠完成，如圖7所示。二、軟件部分的具體編程方式不同的三維連續(xù)混沌系統(tǒng)，都存在與之相對應的數(shù)學模型，即可被一組微分方程表示。對于DSP實際所處理的實際數(shù)據(jù)來講，我們要將其離散化，使連續(xù)的函數(shù)圖像轉化為由點組成的形式。我們選用較為精確的四階Rimge-Kutta法解微分方程組。下式為四階 Runge-Kutta法的一般形式[0047]
權利要求1. 一種基于DSP的三維數(shù)字混沌信號發(fā)生器，其特征在于該混沌信號發(fā)生器包括 數(shù)字信號處理芯片DSP 用于進行相關程序的運算與數(shù)據(jù)存儲； 數(shù)模轉換芯片與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于將DSP輸出的運算結果進行數(shù)模轉換，并將轉換后的模擬量輸出；供電模塊與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于向DSP提供電源； 存儲器模塊通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于儲存DSP計算所得三階混沌系統(tǒng)的離散化后的點坐標；復位電路模塊與數(shù)字信號處理芯片DSP連接，用于當DSP工作異常時重新啟動； DSP外圍輸出模塊通過12位數(shù)據(jù)線和地址總線與數(shù)字信號處理芯片DSP連接； USB通訊模塊與數(shù)字信號處理芯片DSP連接。
專利摘要基于DSP的三維數(shù)字混沌信號發(fā)生器，主要由數(shù)字信號處理芯片DSP與數(shù)模轉換芯片及一系列外圍電路所構成，數(shù)字信號處理芯片中固化有用于混沌系統(tǒng)離散化的Runge-Kutta算法程序。由DSP將運算結果輸出至數(shù)模轉換芯片DAC7724，進行數(shù)模轉換。得到的模擬量輸出分別為X、Y、Z三個變量，任取兩個變量，可由示波器觀察波形。本實用新型解決了現(xiàn)有技術中用模擬電路實現(xiàn)的系統(tǒng)混沌的動力學行為很容易受到器件本身和外界各種因素的影響，從而使模擬混沌電路發(fā)生參數(shù)漂移系統(tǒng)，使系統(tǒng)由混沌狀態(tài)變?yōu)橹芷跔顟B(tài)的問題。該發(fā)生器可以方便快捷的產(chǎn)生不同三維混沌系統(tǒng)的數(shù)字混沌信號。
文檔編號H04L9/00GK202094908SQ20112003838
公開日2011年12月28日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權日2011年2月15日
發(fā)明者王意喆, 董恩增, 陳在平, 陳鵬 申請人:天津理工大學