基于位流重定位的數(shù)字系統(tǒng)在線演化技術(shù)研究.pdf

1、演化硬件（Evolvable Hardware，EHW）可根據(jù)環(huán)境變化改變自身結(jié)構(gòu)和行為，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自適應(yīng)和容錯(cuò)。目前，實(shí)現(xiàn)演化硬件的方法主要包括基于虛擬重構(gòu)電路（Virtual Reconfigurable Circuit，VRC）和基于動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)（Dynamic Partial Reconfiguration，DPR）的方法。演化復(fù)雜電路時(shí)，DPR方法可克服VRC方法資源開銷和延時(shí)較大的缺點(diǎn)，但需存儲較多位流文件，且演化速度較慢

2、。針對以上不足，本文利用位流重定位與差異配置技術(shù)對現(xiàn)有DPR實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)。
　　本文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）分析了EHW研究現(xiàn)況，以及不同F(xiàn)PGA重構(gòu)方法在實(shí)現(xiàn)EHW時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過比較選擇采用基于位流重定位的動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)EHW系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)硬件平臺和軟件開發(fā)環(huán)境概括，并分析了FPGA的FPGA配置過程、位流文件的結(jié)構(gòu)和配置原理。
　?。?）以MicroBlaze作為重構(gòu)控制器，采用位流重定位技術(shù)設(shè)

3、計(jì)基于DPR的片上系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)；位流重定位原理和位流重定位的實(shí)現(xiàn)流程，包括邏輯功能網(wǎng)表文件的生成、可重構(gòu)IP核設(shè)計(jì)、位流重定位系統(tǒng)硬件平臺搭建、動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)設(shè)計(jì)、重構(gòu)區(qū)域的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)、位流文件的生成等。采用微軟基礎(chǔ)類庫MFC開發(fā)了循環(huán)冗余校驗(yàn)計(jì)算程序和界面。最后，在Xilinx Virtex-5FPGA開發(fā)板ML507上利用邏輯運(yùn)算驗(yàn)證了位流重定位的可行性，并分析了位流重定位技術(shù)對位流存儲的影響，以及位流重定位的時(shí)間。

4、>　?。?）以MicroBlaze作為演化控制器，通過自定制ROM IP核實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲，利用位流重定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能區(qū)可演化IP核的動(dòng)態(tài)重構(gòu)，設(shè)計(jì)了基于位流重定位與差異配置的圖像濾波器在線演化系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)結(jié)果。采用遺傳算法作為演化算法，設(shè)計(jì)了染色體的編碼、染色體差異配置、適應(yīng)度評估方式以及遺傳算子。最后，以圖像濾波器的演化設(shè)計(jì)為例，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和演化機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，所提出演化機(jī)制能有效節(jié)省