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硬件演化技术的用途广泛,特别适用于电子设备需要长期工作、使用环境恶劣、技术人员无法提供及时维修的情况,如自动控制,特别是航空、航天等领域。随着硬件系统(如芯片系统)的复杂性不断增加,系统设计繁琐、可靠性下降、通用性差,若系统出现故障,传统的基于板级重构技术的自修复方法已不适用。利用硬件演化技术,不仅可以减轻设计人员的负担,而且满足了环境对硬件所要求的适应性,实现硬件系统的通用化、芯片内自修复。硬件演化这一新兴的研究领域,将演化算法与电子学有效地结合在一起。它不仅开拓了硬件设计自动化、硬件自适应和自修复的新途径,而且为自然科学与工程技术的结合描绘了迷人的前景。一旦突破技术上的障碍,硬件演化技术将开辟演化工程这一具有重大实用价值和广阔应用前景的新兴产业。
随着EDA技术的发展,支持EDA技术的软件系统日趋成熟,很多技术已标准化,同时也形成了较系统的设计方法,这些也为演化硬件的研究工作提供了技术支持和可借鉴的设计方法,如硬件系统的编码技术研究就是基于可编程逻辑器件和硬件描述语言。
演化计算的理论与应用研究经过最近十多年的发展已取得了长足的进展,特别是演化自适应建模方法和技术取得了丰富的成果,为各个层次的技术研究提供了理论和方法指导;可编程逻辑器件和可重配置处理单元已有先进的产品,它们配置速度快,可无穷次擦写,并有配套的设计软件系统,为技术研究提供了物质基础。
本文重点在于对建立基丁FPGA的演化硬件平台的研究,结构人致分为三个部分:第一个部分为绪论,这部分主要是引山演化硬什和演化硬什平台的概念和研究动态。第二部分为演化便件平台涉及基本理论介绍,首先介绍了演化硬件的技术原理,然后分别对演化硬件中涉及的演化算法和可编程器件进行了讲解,最后简单说明了演化硬件演化的二种方式。第三部分围绕平台的建立展开,先说明了演化硬件平台中涉及的关键技术,接着对关键技术进行分项详细讲解,然后按照平台研究的二种不同方向,分别以Miller的笛卡尔基因程序设计为代表的面向遗传学方法的平台和以A.M.Tyrrell的胚胎系统为代表的面向胚胎学方法的平台举例,对基于FPGA的演化硬什平台的实现进行说明,并给出了实现细节。