FPGA Tabanlı IQ-Math Formatına Uygun Yüksek Hızlı Kaotik Osilatör Tasarımı

Abstract

Kaos tabanlı mühendislik uygulamaları kriptografi, güvenli haberleşme ve rasgele sayı üreteci gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Kaos tabanlı uygulamalarda kullanılan önemli yapılardan birisi de kaotik üreteçtir. Bu çalışmada, yeni bir 3 boyutlu kaotik sistem, FPGA üzerinde 32-bit IQ-Math sabit noktalı sayı formatı kullanarak modellenmiş ve VHDL dilinde kodlanmıştır. Sürekli zamanlı yeni kaotik sistemin FPGA üzerinde ayrık zamanlı olarak modellenmesi amacıyla Heun algoritması kullanılmıştır. Yapılan tasarımlarda kullanılan sabit noktalı sayı standardına uygun, çarpıcı, toplayıcı ve çıkarıcı gibi çekirdek birimler, Xilinx ISE Design Tools ile geliştirilen IP CORE Generator kullanarak oluşturulmuştur. Tasarlanan sistem Xilinx ISE tasarım aracı kullanılarak Xilinx Virtex-6 ailesi XC6VLX75T-3FF784 FPGA çipinde sentezlenmiş ve test edilmiştir. Xilinx ISE Design Tools test sonuçlarına göre; FPGA-tabanlı yeni kaotik osilatörün çalışma frekansı 464.688 MHz olarak belirlenmiş ve Place&Route işleminden elde edilen çip istatistikleri sunulmuştur. Ayrıca, FPGA üzerinde sabit noktalı sayı formatı kullanarak gerçekleştirilen kaotik osilatör tasarımı sonuçları ile kayan noktalı sayı formatı tasarımından elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Chaos-based engineering applications are used in many areas such as cryptography, secure communication and random number generator. Chaotic generator is one of the important parts used in chaos-based applications. In this study, a new three-dimensional chaotic system is modeled on FPGA using 32-bit IQ Math fixed-point number format and coded in VHDL. Heun algorithm is used for discrete time modeling of the continuous time new chaotic system on FPGA. Core units, which are suitable with fixed-point number format and used in performed designs, like multiplexer, adder, substractor etc. are formed using IP CORE Generator developed in Xilinx ISE Design Tools. The designed system has been synthesized and tested, using Xilinx ISE design tool, on Virtex-6 family XC6VLX75T-3FF784 FPGA chip. According to the Xilinx ISE Design Tools test results; operation frequency of the FPGA-based new chaotic oscillator is certain as 464.688MHz and chip statistics are presented obtained from the “Route&Place” processes. In addition, results of the chaotic oscillator design realized with fixed-point number format on FPGA are compared with the floating-point standard design results.