论文部分内容阅读
演化硬件(Evolvable Hardware, EHW)是一项集合了可编程逻辑器件、人工智能学、自动控制系统和容错机制学的多学科研究。它实质上是一种硬件电路，可依据外部环境的变化而动态地、自主地改变自身的结构和功能以适应周围生存环境的变化。目前，EHW技术是实现电磁仿生电路初期研究的技术平台和实验基础，以实现繁杂电路的自动设计、从而获得新颖、优化和具备自我修复功能的电路系统结构为研究目的；包括演化算法(Evolutionary Algorithm, EA)和可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Devices, PLDs)两方面内容，是二者的有机融合。本论文分析了进化算法的实现及可编程器件的编码配置，以Xilinx公司的Spartan3E系列开发板为演化实验平台、以硬件设计工具集成软件开发环境(IntegratedSoftware Environment, ISE)及嵌入式开发套件(Embedded Development Kit, EDK)相结合，研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的软硬件协同工作模式，并完成了对简单数字电路的在片自演化设计。具体工作为：1、硬件系统设计构建了基于虚拟可重构技术(Virtual Reconfigurable Circuits, VRC)的可编程片上系统(System On Programmable Chip, SOPC)自演化过程的硬件电路，该部分内容包括对虚拟可重构电路阵列及Microblaze软核处理器的建立。其中，虚拟可重构电路是演化硬件实现的演化模板，而Microblaze处理器完成对该虚拟可重构电路的可进化核(Intelligent Property, IP)定制，二者相连并通过硬件描述语言设计、生成配置位流被下载至可编程器件内运行。2、软件系统的应用开发设计编制了演化算法的C语言程序，并确定算法的运行参数以实现对可进化核的演化操作。依据适应度值评估标准找到最优个体，通过Microblaze和VRC之间通信的建立，将最优个体配置给VRC电路，运行、得到满足功能要求的目标演化电路。3、实验验证以2位乘法器和加法器为例，验证了硬件电路的内部进化设计过程。结果显示，演化硬件在数字电路的自动设计和优化方面的自主特性，较传统电路而言，设计者可以在不具备任何关于电路的先验知识条件下完成对电路的设计。