一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法
专利汇可以提供一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于FPGA 硬件 实现的伪随机数的生成方法，所述方法包括以下步骤：首先通过LSFR方式产生一串伪随机序列，并截取连续的L位构成(0,1)之间均匀分布的随机数TR_GEN。运用转换逻辑矩阵A的方式，经过S次变换Uj,n+1＝As*Uj,n就可以得到S位新的数据，只需要一个时钟周期即可实时产生新的s位数据；其次采用组合结构的设计思想，融合多个TR_GEN，设计新的随机序列CTR_GEN可表示新生成的随机数，与原有的TR_GEN具有相同的特征属性；而且CTR_GEN结构下产生的随机数具有更长的周期，是实现P(z)＝P1(z)*P2(z)*...*PJ(z)所对应随机数生成器的一种便捷方式；本 算法 生成的随机数具有产生周期长、数据 精度 高、位宽和周期可重构的特点，在FPGA中最高运行 频率 可达300Mhz，极大程度的提高了随机数产生的速率，降低了延迟，且算法清晰、逻辑合理，具备一定的理论意义和工程实用价值。，下面是一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法专利的具体信息内容。
1.一种一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：通过线性反馈移位寄存器(LFSR)产生一串伪随机序列，特征多项式P(z)＝zk-a1zk-1-...ak的系数ai，利用公式 生成随机序列；
S2：当特征多项式进化成本原多项式时，结合P(z)＝Xk-Xq-1中约束关系：0＜2q＜k，0＜s≤k-q＜k≤L，随机序列具有最大周期2k-1；从产生的随机序列中截断连续的L位，并将截断的序列构成(0,1)之间均匀分布的随机数，该结构可通过公式 表示。
S3：为表述上述的随机序列生成过程公式，采用转换逻辑矩阵A表述，并经过S次变换(S为整数)，可以得到TR_GEN经过一个时刻产生S位新的数据；
S4：实际需求的随机数仅依赖单一结构的TR_GEN无法满足，采用组合机构的思想，融合多个TR_GEN结构提高随机数的周期和数据精度，生成CTR_GEN结构；
S5：每个TR_GEN的特征多项式Pj(z)都是三项式，所以其设计实现过程非常的简单，CTR_GEN就是实现P(z)＝P1(z)*P2(z)*...*PJ(z)所对应随机数生成器的一种便捷方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
通过线性反馈移位寄存器的方式可以产生一串伪随机序列，该随机序列的产生过程依据公式 其中ai是特征多项式P(z)＝zk-a1zk-1-...ak的系数。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21：实际应用中，P(z)通常取三项式：P(z)＝Xk-Xq-1。同时k、q、s和L需要满足如下约束关系：0＜2q＜k；0＜s≤k-q＜k≤L。参数L代表产生随机数的位宽长度，参数s表示跃变步长，L和s均为不为0的正整数。
S22：TR_GEN的硬件结构， 为第j个TR_GEN的输出，Uj,n+1的L位数
据中，X[L]～X[L+s-1]是新产生的s位数据，其他(L-s)位数据(X[s]～X[L-1])是由Uj,n通过移位操作得到。
4.根据权利要求4所述的基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于所述步骤S3具体包括：
S31：随机序列生成公式描述的反馈关系，采用矩阵形式表示为：X(t+1)＝A*X(t)。X(t+
1)表示下一时刻的数据有当前时刻数据和转换逻辑矩阵共同完成，每经过一次转换X(t+1)就产生一位新数据。
S32：由上述过程可得到，若经过S次变换有Uj,n+1＝As*Uj,n，TR_GEN经过一个时刻可得到s位的新数据，表达式为：X(t+s)＝A*X(t+s-1)＝A*A*X(t+s-2)＝...＝AS*X(t)
5.根据权利要求1所述的基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于所述步骤S4具体包括：
首先，当多项式Pj(z)满足互不相关的条件时，将多个TR_GEN产生的每一位结果进行“异或”，可以得到一个新的随机序列域；
其次，新的随机序列域可表示成为P(z)＝P1(z)*P2(z)*...*PJ(z)，且只有乘积关系；
最后，新产生的随机数的特征多项式与原有的TR_GEN具有相同的特征属性，其周期也为各个多项式周期的相乘，即为T＝(2k1-1)*(2k2-1)*...*(2kJ-1)。
当TR_GEN的数量为J时，其关系为：
CTR_GEN产生的随机数具有更长的周
期，而且其特征多项式P(z)中具有更多的非零系数。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法，其特征在于所述步骤S5具体包括：
S51：当多项式Pj(z)满足互不相关的条件时，将多个TR_GEN产生的每一
位结果进行“异或”，可以得到一个新的随机序列域，当TR_GEN的数量为J时，其关系为：
S52：CTR_GEN就是实现P(z)＝P1(z)*P2(z)*...*PJ(z)所对应随机数生成器的一种便捷方式，采用CTR_GEN结构可以实现周期更长，相关性更低的随机数。
J个TR_GEN构成了CTR_GEN结构，每个TR_GEN结构产生的每比特数据经过异或得到最新的随机序列，J个TR_GEN结构并行运算,其处理速率基本等同于单个TR_GEN的运算速率，有效提高随机数的产生速率。
一种基于FPGA硬件实现的伪随机数的生成方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
＝cL＝0。每经过一次转换逻辑的变换，X(t+1)就可以产生一位新数据，若经过s次变换，就可以得到s位新产生的数据，TR_GEN经过一个时刻产生s位的新数据可以表示为：X(t+s)＝A*X(t+s-1)＝A*A*X(t+s-2)＝...＝AS*X(t)，在 TR_GEN结构中恒等于Uj,n+1＝As*Uj,n。
项式：P(z)＝X-X-1，因此系数向量c1*L中只有两个“1”。
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