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演化硬件(Evolvable Hardware,EHW)可根据环境变化改变自身结构和行为,从而实现系统自适应和容错。目前,实现演化硬件的方法主要包括基于虚拟重构电路(Virtual Reconfigurable Circuit,VRC)和基于动态部分重构(Dynamic Partial Reconfiguration,DPR)的方法。演化复杂电路时,DPR方法可克服VRC方法资源开销和延时较大的缺点,但需存储较多位流文件,且演化速度较慢。针对以上不足,本文利用位流重定位与差异配置技术对现有DPR实现方式进行改进。本文主要研究内容如下:(1)分析了EHW研究现况,以及不同FPGA重构方法在实现EHW时的优缺点,通过比较选择采用基于位流重定位的动态部分重构技术实现EHW系统。介绍了系统硬件平台和软件开发环境概括,并分析了FPGA的FPGA配置过程、位流文件的结构和配置原理。(2)以MicroBlaze作为重构控制器,采用位流重定位技术设计基于DPR的片上系统。给出了系统总体结构;位流重定位原理和位流重定位的实现流程,包括逻辑功能网表文件的生成、可重构IP核设计、位流重定位系统硬件平台搭建、动态部分重构设计、重构区域的统一化设计、位流文件的生成等。采用微软基础类库MFC开发了循环冗余校验计算程序和界面。最后,在Xilinx Virtex-5 FPGA开发板ML507上利用逻辑运算验证了位流重定位的可行性,并分析了位流重定位技术对位流存储的影响,以及位流重定位的时间。(3)以Micro Blaze作为演化控制器,通过自定制ROM IP核实现图像数据的存储,利用位流重定位技术实现系统功能区可演化IP核的动态重构,设计了基于位流重定位与差异配置的图像滤波器在线演化系统。给出了系统总体结构、硬件设计方法和实现结果。采用遗传算法作为演化算法,设计了染色体的编码、染色体差异配置、适应度评估方式以及遗传算子。最后,以图像滤波器的演化设计为例,对系统结构和演化机制进行了验证。结果表明,所提出演化机制能有效节省位流存储空间,提高演化速度。