[发明专利]一种基于FPGA的数据解压装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的数据解压装置及方法，其中，该数据解压装置包括依次连接的物理层接口模块、TCP/IP模块、分包组包模块、解压模块和输出模块，分包组包模块还直接与输出模块连接，物理层接口模块用于接收网络数据，并对网络数据进行MAC层解析后传输给TCP/IP模块；TCP/IP模块用于对网络数据进行TCP解析，得到应用数据；分包组包模块用于分割组合应用数据，得到ZIP数据包和未压缩数据；解压模块用于对ZIP数据包进行解压，得到解压缩数据；输出模块将解压缩数据和未压缩数据传输给计算机。与现有技术相比，本发明基于FPGA的数据解压可有效代替软件解压方法，减小CPU占用率、降低数据延迟、提高数据吞吐量，实现快速准确解压数据的目的。

技术领域

本发明涉及软件技术领域，尤其是涉及一种基于FPGA的数据解压装置及方法。

背景技术

随着信息科技的飞速发展，计算机网络已经遍布日常生活的各个角落，在使用计算机网络的过程中存在海量需要交互的数据，增加了传输数据和存储数据的要求。通常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、需要使用数据时再对其进行解压缩就变得十分必要。

现有技术大多都是直接采用软件对数据进行解压缩操作的，但软件在对大数据进行解压缩操作时，会占用较大的CPU资源，导致数据吞吐量低、数据解析延迟。若采用硬件方式则可降低CPU因处理解压缩时的资源占用率、提高解压速率。当前FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片的快速发展使得其容量以及处理数据的速度都有很大的提升，因此能够利用FPGA的硬件功能实现数据快速解压的目的，现有技术中，通常利用Haffman编码重新表示字符，以进行数据压缩，但由于匹配码表存储格式复杂，使得硬件无法实现动态内存分配存储匹配码表，此外，Haffman编码长不超过15，且出现频率高的字符编码短、出现频率低的字符编码长，在硬件实现解码的过程中，会存在无法实现不定数量编码的匹配解码以及循环匹配时间过长的问题，在对匹配解码结果进行状态跳转时，传统采用特权编码的方式，依次对匹配解码结果进行按位操作，这将产生复杂的硬件电路，引发状态跳转条件过多导致的时序问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于FPGA的数据解压装置及方法，利用Haffman编码的连续性特点生成匹配码表，结合不定长匹配解码方式和查找表方式，实现快速、高效、准确解码数据的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于FPGA的数据解压装置，包括依次连接的物理层接口模块、TCP/IP模块、分包组包模块、解压模块和输出模块，所述分包组包模块还直接与输出模块连接，所述输出模块连接至计算机，所述物理层接口模块用于接收网络数据，并对网络数据进行MAC层解析后传输给TCP/IP模块；

所述TCP/IP模块用于对网络数据进行TCP解析，得到应用数据；

所述分包组包模块用于分割组合应用数据，得到ZIP数据包和未压缩数据；

所述解压模块用于对ZIP数据包进行解压，得到解压缩数据；

所述输出模块将解压缩数据和未压缩数据传输给计算机。

进一步地，所述解压模块包括依次连接的数据包头对齐单元、CCL解码单元、SQ解码单元、不定长匹配解码单元、历史恢复单元和CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)单元，所述数据包头对齐单元用于提取ZIP数据包的头部特征和压缩类型，以输出对齐的ZIP数据流；

所述CCL解码单元用于提取ZIP数据流的CCL比特位，得到CCL序列，以构建第一huffman树；

所述SQ解码单元根据第一huffman树、第一SQ比特位和第二SQ比特位，构建第二huffman树和第三huffman树；