基于FPGA的片上電路進化設(shè)計研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著社會的發(fā)展與科技的進步,電子系統(tǒng)不斷趨于微型化、智能化,規(guī)模和復(fù)雜程度不斷增加,與此同時,電子系統(tǒng)的可靠性也已經(jīng)成為其發(fā)展過程中的巨大挑戰(zhàn),演化硬件的出現(xiàn)為處理這一問題提供了解決方案。演化硬件是進化算法與可編程邏輯器件的有機結(jié)合體,它能夠像生物一樣根據(jù)環(huán)境的變化自主、動態(tài)地調(diào)整自身結(jié)構(gòu),提高在惡劣環(huán)境下硬件的穩(wěn)定性及可靠性,延長硬件的使用壽命?,F(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,F(xiàn)PGA)作

2、為可編程器件的最新發(fā)展成果,具有靈活方便、無限可重構(gòu)的特性,被廣泛用作為演化硬件的實現(xiàn)載體。將進化算法與可進化硬件電路在同一片F(xiàn)PGA上構(gòu)成片上演化系統(tǒng),是將演化硬件付諸工程應(yīng)用,構(gòu)成自適應(yīng)和容錯硬件系統(tǒng)的重要途徑。
  本文研究了演化硬件的基本原理與關(guān)鍵技術(shù),并在現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯上設(shè)計了NiosⅡ嵌入式軟核處理器CPU、虛擬可重構(gòu)電路解碼器VRC、在線評估通信模塊,并由這三個分模塊組成了片上電路在線進化設(shè)計平臺,利用該

3、平臺進行了片上電路進化試驗研究。主要研究內(nèi)容如下:
  1.采用笛卡爾遺傳規(guī)劃CGP作為進化算法對電路進化設(shè)計進行研究,研究了染色體變異率與進化收斂速度之間的關(guān)系,得出了在給定的基因長度情況下的最優(yōu)變異位數(shù)。
  2.研究了基于FPGA的片上電路進化設(shè)計平臺。在FPGA芯片上利用設(shè)計的NiosⅡ嵌入式軟核處理器CPU,虛擬可重構(gòu)電路解碼器VRC、在線評估通信模塊,完成了片上電路進化平臺的構(gòu)建。NiosⅡ嵌入式軟核處理器CPU

4、執(zhí)行進化算法,通過進化計算得出新一代種群;VRC虛擬可重構(gòu)電路解碼器對種群中的每個染色體進行解碼,并在FPGA芯片上自動構(gòu)建與該染色體相對應(yīng)的電路;在線評估通信模塊實現(xiàn)通過對構(gòu)建的電路進行數(shù)據(jù)采集,并實時的將所采集的數(shù)據(jù)反饋到NiosⅡ軟核處理器,實現(xiàn)了電路的片上在線進化設(shè)計。并通過構(gòu)建的平臺對全加器和乘法器進行了片上電路在線進化設(shè)計試驗研究。
  3.對同步時序電路的片上進化設(shè)計進行了研究。在設(shè)計的電路進化設(shè)計平臺的基礎(chǔ)上,對V

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