基于FPGA的GZIP解壓縮算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn).pdf

1、近幾年來，隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠?。面?duì)著海量的數(shù)據(jù)需要交互，傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的要求就變的非常迫切。壓縮后的數(shù)據(jù)會(huì)占用比原來數(shù)據(jù)小很多的存儲(chǔ)空間，在傳輸?shù)倪^程中也會(huì)占用較少的帶寬并降低服務(wù)器的傳輸流量，從而進(jìn)行快速的傳輸。因此將數(shù)據(jù)壓縮后進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)，在用到數(shù)據(jù)時(shí)再對(duì)其進(jìn)行解壓縮就變得非常的有必要。
　　傳統(tǒng)意義上大多都是采用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓縮操作的，但軟件在對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓縮操作時(shí)

2、會(huì)占用較大的CPU資源。若采用硬件實(shí)現(xiàn)可降低CPU因處理壓縮/解壓縮時(shí)的資源占用率。而且現(xiàn)在FPGA芯片的快速發(fā)展使得其容量和在處理數(shù)據(jù)的速度上都有很大的提升，因此采用基于硬件的解壓縮方法必然能提高解壓縮速率，降低在瀏覽網(wǎng)頁時(shí)的等待時(shí)間。
　　針對(duì)于軟件壓縮和解壓縮占用大量的CPU資源并且軟件對(duì)于處理大數(shù)據(jù)的能力較差的問題，在對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外對(duì)于各種壓縮算法研究的基礎(chǔ)上，分析各種壓縮方法的優(yōu)劣，最終選定通用的實(shí)時(shí)無損壓縮算法GZIP

3、算法來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器到客戶端的數(shù)據(jù)處理。本文提出了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)的GZIP解壓縮算法。所設(shè)計(jì)模塊在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)的條件下，盡量的提高解壓縮速率。GZIP壓縮使用的是Deflate算法，解壓縮使用Inflate算法。
　　采用Verilog語言完成了GZIP解壓縮硬件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)利用FPGA的并行處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，加快解壓縮的速率。通過增加FIFO模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的流水線處理，并增加多個(gè)存儲(chǔ)模塊，來緩存大量的數(shù)據(jù)，并且在建立動(dòng)態(tài)Huff

4、man樹的過程中利用多個(gè)RAM，充分利用FPGA的優(yōu)勢(shì)提高設(shè)計(jì)的并行性，加快動(dòng)態(tài)樹的建立，降低處理數(shù)據(jù)的等待時(shí)間。
　　本文用Questasim進(jìn)行功能仿真，測(cè)試文檔選取大小不同且壓縮方式不同的文件進(jìn)行測(cè)試，仿真的結(jié)果用MD5工具對(duì)生成的報(bào)文摘要進(jìn)行校驗(yàn)，得到的解壓縮文件和未壓縮之前的文件的報(bào)文摘要完全一致，證明了設(shè)計(jì)的可行性。在FPGA上進(jìn)行驗(yàn)證，采用DMA軟核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)和FPGA間的搬運(yùn)工作，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試文件進(jìn)行測(cè)試，解