星載量子通信試驗(yàn)系統(tǒng)中的FPGA邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和計(jì)算能力的提升，傳統(tǒng)的私鑰和公約密碼體制已不能滿足未來發(fā)展的需要。由量子力學(xué)和信息論結(jié)合衍生出的量子保密通信為此提供了新的解決方案。它以海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和量子不可克隆為理論基礎(chǔ)，保證了其在量子信道傳輸過程中是絕對(duì)安全的。覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)一直是我們所追求的。
　　目前，雖然基于光纖的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較成熟，且已開始步入實(shí)用化階段。但它的傳輸距離有限，且量子中繼技術(shù)還不完善，基于光纖網(wǎng)絡(luò)很難單獨(dú)實(shí)現(xiàn)覆蓋

2、全球的保密通信。而星地量子通信可以實(shí)現(xiàn)在各城域網(wǎng)之間穿針引線，一同構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。
　　本課題所設(shè)計(jì)的電子學(xué)系統(tǒng)是星地量子通信試驗(yàn)中衛(wèi)星載荷的一部分。它銜接上位機(jī)與硬件電路，根據(jù)上位機(jī)指令完成外圍芯片的接口通信、各種接口協(xié)議的轉(zhuǎn)換和控制信號(hào)的輸出。由于空間平臺(tái)環(huán)境的特殊性，熱真空、高輻射等條件制約了新產(chǎn)品和新技術(shù)的使用。在設(shè)計(jì)中我們選用技術(shù)成熟、可靠性高、航天項(xiàng)目廣泛使用的Xilinx公司 Virtex-II Pro系列 F

3、PGA芯片，它內(nèi)嵌PowerPC405硬核。PowerPC主要完成上位機(jī)傳遞指令的解析和量子密鑰分發(fā)過程中的數(shù)據(jù)處理。邏輯設(shè)計(jì)部分主要完成外圍芯片的接口設(shè)計(jì)（NANDFLASH接口、ADC芯片接口、TLV2548芯片接口），各種接口協(xié)議的轉(zhuǎn)換（LVDS接口協(xié)議、RS422接口協(xié)議）和控制信號(hào)輸出（光源驅(qū)動(dòng)輸出、溫控PWM輸出）。二者之間通過內(nèi)部總線 PLB連接，指令的傳遞通過讀寫寄存器完成，大批量數(shù)據(jù)的傳遞則通過讀寫 RAM、FIFO實(shí)