演化硬件在自修复与容错系统、图像边缘检测、VLSI自动化设计和提高VLSI可靠性上得到广泛的应用，在军事、航空、航天领域具有重要意义，近年来，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)在电子设计领域得到了广泛的应用，VirtexⅡ系列的FPGA支持动态的部分可重构功能，为硬件演化和电子电路的设计提供了高性能的硬件平台。演化硬件有两层含义，一个是基于演化技术的电路自动化和合成的研究，第二个是对自身结构可调整的硬件的研究。本文的研究是基于演化硬件技术的第一层含义为基础，工作主要分为以下几部分：　　 1)改进遗传程序设计方法GP和基因表达式编程方法GEP，可以应用在硬件的外演化模式中，电路进化的主要瓶颈在于演化计算的速度，针对GP建模精度不高以及GEP进化慢等缺点，为实现算法的快速收敛，提高电路进化的性能，本文引入动态粒子群算法和模拟退火算法等改变选择机制来改进遗传程序设计方法，使用分布估计模型改进基因表达式编程生成后代的机制，保证优质个体的积木块保持到子代中。　　 2)使用中立性改进基因表达式编程方法，传统演化计算都是以生物的适者生存理论为背景，但中立说的诞生和被学术界的广泛接受使演化计算中使用中立来改进算法的可能性增大，中立性演化算法研究有重要意义，本文提出的有向图基因表达式编程GGEP在的基因表达式编程基础上将表达式树变为非循环连接的有向图，由于连接的有向图只使用了部分基因，冗余节点可以成为GGEP的中立节点，实验中进行了中立变异对演化群体进化的影响测试。　　 3)提出一种使用VHDL程序的硬件外演化方法，寻求硬件间接演化的方法是研究演化硬件的另外的途径。只要得到描述功能电路的VHDL程序，通过编译的配置流下载，FPGA可以实现目标电路的功能。本文提出了CAM模型和GPM模型，CAM使用了条件判断语句模式对电路真值表进行编码演化，演化得到的个体转换为条件判断形式的VHDL语句，对于输入较少的电路，CAM的演化速度快；GPM中主体部分进化是基于模拟退火遗传程序设计的方法SAGP,得到对应真值表的电路逻辑表达式，再将GPM个体转换为VHDL程序，对于输入较多的电路，GPM模型得到的VHDL可读性较CAM要强。CAM和GPM通过不同的转换机制生成的VHDL程序编译下载后可实现相同功能的电路。　　 4)提出了字符串编码的模拟电路进化设计，模拟电路相比数字电路演化更加复杂，Koza的遗传程序方法的进化程序较复杂，而二进制编码的染色体长度较长，本文在遗传程序设计方法的基础上，将编码方式作了改进，使用符合PSPICE网表语法的字符串编码，缩短字符串编码的长度，提高进化的效率。　　 5)为扩大电路进化过程中解搜索空间，本文将有向图基因表达式编程方法(GGEP)应用于组合逻辑电路的演化设计中，GGEP使用双层编码方式，基因表达式经过解析后得到的显示型为表征组合逻辑电路的有向图，表征电路的群体经过交叉变异得到最优个体就是最终的演化电路；时序电路的自动化设计比组合逻辑电路要复杂，本文提出了SLCSE模型使用遗传算法进行状态进化，SLCGP模型使用动态遗传程序设计方法DGP求解组合逻辑表达式，最后阶段SLCDM模型使用挖掘算法得到最优电路。