Projekt 4. - Institut for Matematik og Datalogi - Syddansk Universitet

N a t u r v i d e n s k a b e l i g t P r o j e k t / F a r m a c e u t : V a l g f r i t P r o j e k t
Projekt 54. Programmering af Algoritmer i Hardware
Vejleder: Peter Kornerup, kornerup@imada.sdu.dk
Institut: Matematik og Datalogi
Praktisk del: Programmering
Gruppeplacering: Matematik og Datalogi
Gruppestørrelse: Mindst 3 og max 3 deltagere. Tre grupper kan arbejde med projektet.
Kommentarer: Projektet er særligt velegnet til studieordning i datalogi / The project is specially
suitable for students with curriculum in computer
Keywords:
VHDL-programmering, FPGA-implementation, modulær multiplikation,
modulær eksponentiering, RSA kryptering.
Abstract
Typisk er det muligt ved udnyttelse af parallelisme at realisere en hardwareløsning af et problem
som kan køre væsentligt hurtigere end en tilsvarende softwareløsning for en standard processor.
Dette kan være afgørende for at realisere løsninger til visse tidskritiske problemer, men hardwareløsninger
kan også i mange tilfælde være økonomisk fordelagtige når der skal produceres
store styktal.
Indledningsvis indgår i projektet en kortere introduktion til elementære logiske kredse, for derved
at være i stand til at designe algoritmer realiserbare i hardware, samt ved programmering i
sproget VHDL at specificere sådanne løsninger som kredsløb. Et VHDL program kan oversættes
til et netværk af simple logiske kredse og lagerelementer som kan downloades i en FPGA
chip (FPGA ~ Field Programmable Gate Array), og bringes til udførelse. Disse kredse fås i dag
med så mange logikelementer at det er muligt herpå at realisere hele CPU'er, ja endda flere sådanne.
FPGA kredse anvendes til indbygning på kredsløbskort til løsning af specialopgaver som skal
produceres i mindre styktal. Der fås også standardkort med FPGA chips som kan tilsluttes en
standard PC og derved udgøre en co-processor til at understøtte en særlig opgave, endog således
at den dynamisk kan omprogrammeres til at udføre andre opgaver. Til masseproduktion kan et
design beskrevet i VHDL endvidere bruges til at fremstille en VLSI kreds, en såkaldt ASIC
kreds (ASIC ~ Application Specific Integrated Circuit).
Projektet består i implementation af en ikke-triviel algoritme, bestående af design, programmering,
simulering, og afsluttende eksekvering af det resulterende kredsløb på instituttets Altera
FPGA udstyr. Det foreslås at opgaven består i at implementere RSA krypteringsalgoritmen, med
henblik på anvendelse som en co-procesessor til en PC, men alternative projekter er mulige.
Minikurser
Obligatorisk: Projektarbejde (LaTeX).
Anbefalede: Ingen
Litteraturliste over metode artikler, som udleveres til de studerende
P. Kornerup: "A Systolic, Linear-Array Multiplier for a Class of Right-Shift Algorithms", IEEE
Transactions on Computers, Vol. C-43(8), August 1994.
Peter J. Ashenden: "The VHDL Cookbook" http://tams-www.informatik.unihamburg.de/vhdl/doc/cookbook/VHDL-Cookbook.pdf
Michael Vejlegaard Kristensen: ”Hardware programmering” IMADA projektrapport, 2009
56