基于fpga的gzip解压缩算法的设计和实现

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1、巧聲拓觀麟圓硕±学位论文胃国觀１基于ＦＰＧＡ的ＧＺＩＰ解压缩算法的设计和实现作者姓名膝大新ｌｓｌ学校导臟名、职祿包军抹副教授企业导ＪＨＰ姓名、职赖姚涛赢工ｍ申请学位类别工程硕壬西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。思我所知，除了义中特别加Ｗ标注和致谢；也不包含中所罗列的内容外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的村

2、料。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一。学位论文若有不实么处ｉ本人承担切法律责巧＂日畑：＾化Ａ心本人签名：新吗西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解两安化子科技大学有关保酌和使用学位论文的规定，日Ｐ：硏究化巧－。＿学校巧枚保巧送交论文校攻读学位期间论义｜作的知识产权摇ｈ冲安化子科技大学内容，允许采用影、的捏印件，允许巧闊巧阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部成部分印、缩印或巧它狂制手段保存论义。巧时本人保证，巧合学位论文研究成巧克成的论。文、发明专利等成果，

3、署名单位为西巧电子科技大。学保密的学位论文在年解密后适用本技权书份本人签名：部媒：＿ｊ导师签名知１＝１朋：日用化■矣，城学校代码10701学号1311122852分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的GZIP解压缩算法的设计和实现作者姓名：陈大莉领域：软件工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：包军林副教授企业导师姓名、职称：姚涛高工学院：微电子学院提交日期：2016年3月ADesignandImplementationofGZIPDecompressionAlgorithmBasedontheFPGAAth

4、esissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByChenDaliSupervisor:BaoJunlinAssociateProfessorYaoTaoSeniorEngineerMarch2016摘要摘要近几年来，随着科技的发展，计算机网络成为人们日常生活不可或缺的一部分。面对着海量的数据需要交互，传输和存储数据的要求就变的非常迫切。压缩后的数据会占用比原来数据小很多的存储空间，在传输的

5、过程中也会占用较少的带宽并降低服务器的传输流量，从而进行快速的传输。因此将数据压缩后进行传输或存储，在用到数据时再对其进行解压缩就变得非常的有必要。传统意义上大多都是采用软件对数据进行压缩和解压缩操作的，但软件在对大数据进行压缩和解压缩操作时会占用较大的CPU资源。若采用硬件实现可降低CPU因处理压缩/解压缩时的资源占用率。而且现在FPGA芯片的快速发展使得其容量和在处理数据的速度上都有很大的提升，因此采用基于硬件的解压缩方法必然能提高解压缩速率，降低在浏览网页时的等待时间。针对于软件压缩和解压缩占用大量的CPU资源并且软件对于处理大数据的能力较差的问题，在对

6、比分析国内外对于各种压缩算法研究的基础上，分析各种压缩方法的优劣，最终选定通用的实时无损压缩算法GZIP算法来实现服务器到客户端的数据处理。本文提出了一种基于FPGA实现的GZIP解压缩算法。所设计模块在实现数据重构的条件下，尽量的提高解压缩速率。GZIP压缩使用的是Deflate算法，解压缩使用Inflate算法。采用Verilog语言完成了GZIP解压缩硬件的设计。设计利用FPGA的并行处理数据的优势，加快解压缩的速率。通过增加FIFO模块来实现数据的流水线处理，并增加多个存储模块，来缓存大量的数据，并且在建立动态Huffman树的过程中利用多个RAM，充

7、分利用FPGA的优势提高设计的并行性，加快动态树的建立，降低处理数据的等待时间。本文用Questasim进行功能仿真，测试文档选取大小不同且压缩方式不同的文件进行测试，仿真的结果用MD5工具对生成的报文摘要进行校验，得到的解压缩文件和未压缩之前的文件的报文摘要完全一致，证明了设计的可行性。在FPGA上进行验证，采用DMA软核实现数据在计算机和FPGA间的搬运工作，采用标准测试文件进行测试，解压缩单通道吞吐率可达600Mbps，并用MD5校验工具对生成的文件提取报文摘要，和未压缩前的文件的报文摘要进行比对完全一致，证明了硬件设计的正确性。验证结果表明所设计的GZ

8、IP解压缩模块可以实现对软硬件压缩的文