基于USB和FPGA的随机数发生器验证平台
3．6 存储器模块
为满足特殊功能需求，扩展了1 Mb的Flash。Flash选用Spansion公司的CMOS多功能器件，型号为AM29LV010B，采用32引脚的标准TSOP封装，工作电压为3 V，8位数据宽度。数据总线使用D0～D7，地址总线使用A0～A16，其他还有芯片使能信号CE，输出使能信号0E和写使能信号WE。它与FPGA芯片引脚的具体连接方式如表2所列。
3．7 其他电路
为保证系统中各个芯片能够正常工作，本设计在各电压源都并联有0．1μF的退耦电容，并将这些电容摆放在芯片的周围，滤除高频杂波。
4 测试与验证
各模块电路设计完成后，经Altium Designer09仿真验证，完成了相应的PCB版图设计，并最终进行电路版图的印刷和元器件焊接，实现了整个验证平台。
为检验平台工作的正确性，本文对参考文献中的随机数发生器利用VHDL语言进行了实现，并在输出模块中增加了一个32位的移位寄存器，每产生32位随机数进行一次输出。最后，将该随机数发生器及参考文献中所设计的USB控制器与参考文献中所提供的OC8051 IP核进行挂载连接，其挂接原理图如图6所示。
挂接完成后，利用QuartusII软件，将整个系统以AS下载方式，通过配置芯片EPCS4下载到FPGA板中。由OC8051 IP核控制随机数发生器模块进行工作，每产生32位随机数时，TRNG向OC8051发送一个done信号，OC8051接收32位数据，并将其分为4个8位存于4个特殊功能寄存器(Sp-ecial Function Register，SFR)中，并通过指令MOVX借助累加器将32位数据转移至双端口RAM中。之后进行下一32位随机数的产生及传送，直到运行16次后，RAM中所存储的随机数为512位时，OC8051置sent信号有效，USB控制器将512位随机数封装成数据包，通过USB收发器传送给主机，传送完成后向OC8051返回一个state信号，表明传送结束。重复上述过程即可源源不断地将产生的随机数传送给主机，由主机最终完成随机数检测，检测结果表明所接收到的数据满足随机数特性。
在随机数生成系统下载、随机数生成及随机数传送过程中，整个平台工作正常，表明各模块电路原理及连接的正确性：
①电压转换电路连接正确，能为系统提供稳定电压，同时表明，退耦电容起到了很好的去噪作用；
②下载电路连接正确，能够将程序正确下载到FPGA中；
③复位电路工作正常，时钟电路能给系统提供稳定的时钟；
④USB收发器电路连接正确，能正常收发数据。
由此表明，该验证平台具有一定的可靠性和稳定性，能为随机数发生器提供一个良好的验证环境。
结语
本文结合实际需求，在充分理解FPGA结构原理和元件特性的基础上，设计实现了一个小型的FPGA开发板。它不仅可以作为随机数发生器的验证平台，同时也可为其他基于数字电路实现的系统提供服务。本文所设计的开发板结构比较简单，故难以满足大型数字电路开发系统的要求，为此，下一步的工作是扩展功能模块，设计更多的外围扩展电路，满足更高的实验需求。
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