基于fpga的gzip硬件压缩电路设计

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1、爲聲毛謂我匈硕±学位论文国．基于ＦＰＧＡ的ＧＺＩＰ硬件压缩电路设计作者姓名张思思学校导师姓名、职赖包宰化副教摆企业导师姓名、职赖雜波赢工Ｍ申请学位类别工活硕丰＇、的西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢中所罗列的内容＾？外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含；为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名；如《义日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的

3、学位论文在年解密后适用本授权书。＿＿人签：：本名＿导师签名Ｉ．如＇在、日期：期；日学校代码10701学号1311122854分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的GZIP硬件压缩电路设计作者姓名：张思思领域：集成电路工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：包军林副教授企业导师姓名、职称：董建波高工学院：微电子学院提交日期：2016年1月FPGA-BasedImplementationofGZIPCompressionAlgorithmAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialful

4、fillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinIntegratedCircuitEngineeringByZhangsisiSupervisor:BaojunlinAssociateProfessorDongjianboSeniorEngineerFebruary2015摘要摘要当今社会，在信息呈现出爆炸式增长，云计算的兴起，大数据时代的到来，新的工作负载不断增大，海量数据传输和存储的问题不断引起关注，如何能够高效的传输海量的数据，同时不对处理器造成过于沉重的负荷的问题亟待解决。当处理和传输海量数据的时候，必然会占用

5、大量的内存和带宽，所以在数据传输和存储之前对数据进行有效的压缩将是非常必要的。GZIP作为一种适宜实现的压缩算法。该算法综合了字典模式LZ77算法（AbrahamLempel和JacobZib在1977年提出）和统计冗余的Huffman（DavidA.Huffman提出）两种算法，不但可以达到很高的压缩率，而且该算法已经开源，没有专利保护，适合硬件来实现，通过该算法高效的数据压缩率，能够显著减少存储数据所需要的空间，同时提升数据带宽效率。虽然GZIP压缩算法已经取得很好的压缩率，但是基于软件的GZIP压缩算法速率并不高，而且存在过多占用处理器资源的缺点，对于海量数

6、据进行处理的时，长时间占用大量CPU资源，不能充分的发挥CPU的性能，且软件基于串行执行特性，速率较低，使其难以实现处理数据实时性的要求。本论文提出基于FPGA实现的GZIP压缩电路，利用FPGA低功耗，强大的并行计算能力等优势，大幅提高压缩速率，基于该硬件设计实现了多种用于加速的硬件电路，加速方案包括：修改字典存储器，高效的哈希算法和匹配方法等。针对所设计的电路，完成了在FPGA开发平台上的测试，运行频率125MHz，压缩单通道吞吐率可达400Mbps；同时采用卡尔加里语料库进行测试，相对比软件模型，压缩测试结果表明，本文所设计的电路在支持标准GZIP文件压缩格

7、式的同时，尽管压缩率有所降低，但压缩速率提升10倍左右。本文提出的基于FPGA实现的压缩电路对于通用数据具有较好的数据压缩效果，同时拥有较高的吞吐量，可广泛用于需要进行实时数据压缩的云计算、数据通信、卫星遥感等领域。关键词：无损压缩，压缩率，LZ77，Huffman，GZIPIABSTRACTABSTRACTIntoday'ssociety,informationshowingexplosivegrowth,riseofcloudcomputing,thearrivaloftheageofbigdata,newworkloadisincreasing,andcon

8、tinue