基于锁相环的真随机数ip核设计

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1、江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要随机数序列在科学研究和工程技术等方面得到了广泛的应用，其作用越来越重要。现场可编程门阵列(FieldPro

2、grammableGateArray,FPGA)技术为集成随机数发生器提供了条件。现有的真随机数发生器大多基于外界物理随机源开展研究，这类真随机数发生器的缺点是序列生成速度慢，随机性差。有学者提出了混合随机数发生器的设计策略，提高了生成序列的随机性，但序列的生成效率并未改善。本文依据振荡采样的方法，设计了一种基于锁相环(PLL)的真随机数发生器(PLL-TRNG)，以IP核的方式实现，在保证生成序列的随机性的前提下，提高了序列的生成效率和系统安全性。本文分析了随机数产生的一般方法和它们各自的特点，以较常用的物理随机源——振荡环

3、(RingOscillator)为基础，比较了采用PLL、RO分别作为随机源产生随机序列的特点和性能差异；分析了不同采样频率下两种真随机数发生器的性能；对所产生的随机序列进行后处理，消除偏差；对随机序列进行了统计测试与分析。测试表明，在工作频率低于1MHz或高于50MHz的情况下，PLL较RO方法产生随机数性能更优。PLL-TRNG达到了预期设计目标，在不影响随机序列统计特性的情况下，极大地提高了随机序列生成速率，具有良好的应用价值。关键词：随机数发生器；现场可编程门阵列；锁相环；振荡环；IP核I江苏科技大学工学硕士学位论文I

4、IAbstractAbstractRandomnumbersequencehasbeenwidelyappliedinscienceresearchandengineeringtechnology,it’sincreasinglyimportant.Fieldprogrammablegatearraytechnologyforintegratedon-chipprovidedconditionsforrandomnumbergenerator.Thetruerandomnumbergeneratorismostlybasedo

5、ntheexternalphysicalrandomsource,thiskindoftruerandomnumbergeneratorhastheshortcomingoflowspeedandpoorrandomness.Somescholarsproposedthedesignstrategyofmixingrandomnumbergenerator,hasimprovedtherandomnessofsequenceproduced,butwithoutimprovingitsproducingefficiency.T

6、hispaperdesignsatruerandomnumbergenerator(PLL-TRNG)basedonphaselockedloop(PLL),itrealizebytheIPcore,anditimprovessequencegeneratingefficiencyandsystemsafety,inpremiseofgeneratingthesequence’srandomness.Thispaperanalysesthegeneralmethodsandcharacteristicsofrandomnumb

7、ergenerated,onthebasisofacommonlyusedphysicalrandomsource--theringoscillator(RO),itcomparedthecharacteristicsandperformancedifferencesbetweenphase-lockedloopandtheoscillationringasrandomsourcetogeneraterandomsequence;analysistheperformanceofthetwokindsoftrulyrandomn

8、umbergeneratoratthedifferentsamplingfrequency;Dopost-processingtotherandomsequencesgenerated,andeliminatethedeviationofrandomsequence;andd