胚胎型硬件重构控制配置技术研究

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受到胚胎细胞的生长发展、生物体自修复、个体学习、群体遗传进化机制等生物特点的启发,学者们提出了一种模仿生物体的多细胞组织体系结构的新型硬件,即胚胎型硬件,胚胎型硬件的研究已成为国际上的研究热点。其中,重构控制配置电路在胚胎型硬件重构过程中起着核心的作用,主要用来实现将经过进化算法得到的染色体(配置位串)正确配置到相应的胚胎阵列单元中,从而实现胚胎型硬件的自修复、自复制的容错功能。本文主要对胚胎型硬件的重构控制配置电路的设计实现进行了研究。首先,本文简要介绍了胚胎电子学的概念和研究意义。接着详细地分析研究了FPGA重构配置技术的原理、重构配置的设计流程等,并以Xilinx公司的Virtex系列FPGA为例,研究了它的结构原理。然后,在研究了有序二叉判定图OBDD的基础上,设计实现了一种基于MuxTree原胞的胚胎型硬件重构控制配置的电路结构模型,主要包括:可编程功能模块FU的设计实现,开关模块SB的设计实现,以及以MuxTree为原胞的重构控制配置单元3×4阵列的实现。在Xilinx Foundation FPGA开发系统中利用VHDL语言和电路图相结合的设计方法对该阵列模型进行了功能仿真,仿真结果表明,本文所设计的胚胎电子重构控制配置电路功能正确,可以将一系列特定的配置位串准确无误地配置到相应的阵列单元中,实现了模4计数的逻辑功能。另外,根据仿真结果可知,从启动开始对原胞进行配置到全部配置结束,只需花费2.44μs的时间,完全满足配置的实时性要求。
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