硬件演化技術(shù)是把進(jìn)化算法與可重構(gòu)硬件相結(jié)合,研制能像現(xiàn)實(shí)生物生命一樣,根據(jù)環(huán)境變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)的硬件電路。電路的演化設(shè)計(jì)、容錯(cuò)和自修復(fù)系統(tǒng)是演化硬件研究的兩個(gè)重要領(lǐng)域。演化硬件的實(shí)現(xiàn)可大大提高電子系統(tǒng)的可靠性及可用性,對(duì)需要在特殊工作環(huán)境中長(zhǎng)期工作的電路設(shè)備具有重大意義。 本文系統(tǒng)介紹了硬件演化技術(shù)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。首先,對(duì)演化硬件的概念、應(yīng)用領(lǐng)域、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了較全面的介紹;其次,對(duì)可用于進(jìn)行硬件演化的可編程邏輯器件進(jìn)行了闡述,重點(diǎn)討論和分析了演化硬件的理論基礎(chǔ)——進(jìn)化算法,對(duì)其基本原理與實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行了深入的研究;然后,分析了硬件演化的基本實(shí)現(xiàn)原理,并通過(guò)實(shí)例對(duì)硬件演化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了研究,同時(shí)對(duì)容錯(cuò)與自適應(yīng)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了初步探索;接著,基于遺傳程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了數(shù)字邏輯電路的演化實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)結(jié)果表明其不依賴先驗(yàn)知識(shí),滿足電路功能要求,用硬件演化的思想進(jìn)行電路的演化設(shè)計(jì)是可行的。論文最后對(duì)課題研究進(jìn)行了總結(jié),并給出了開展后續(xù)研究的建議。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP18;TP303
【部分圖文】：

圖2.7FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(感謝xilinx公司提供的資料)2.7即可以看出，F(xiàn)PGA通常是由布線資源圍繞的可編程邏輯單元(或宏)構(gòu)成陣列，又由可編程1/0單元(IOB)圍繞陣列構(gòu)成整個(gè)芯片，排成單元由布線通道中的可編程內(nèi)連線連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能。一能包含靜態(tài)存儲(chǔ)單元(BLOCKRAM)，它們?cè)试S內(nèi)連的模式在器件被制加載和修改。A的設(shè)計(jì)在器件的選擇和內(nèi)連上為用戶提供了更大的自由度，可以達(dá)到比高的集成度、更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。一般PLD與FPGA之間的一般PLD通過(guò)修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來(lái)編程的，而FPGA是根或多根內(nèi)連線的布線來(lái)編程的。FPGA比一般PLD更適合于實(shí)現(xiàn)多級(jí);但在具體用法上，兩者多數(shù)情況下是相似的。于硬件演化的芯片選擇

l)單點(diǎn)交叉單點(diǎn)交叉(One一 pointcrossover)又稱為簡(jiǎn)單交叉，它是指在個(gè)體編碼串中只隨機(jī)設(shè)置一個(gè)交叉點(diǎn)，然后在該點(diǎn)相互交換兩個(gè)配對(duì)個(gè)體的部分染色體。如圖3.3所示。父申l后代串1單點(diǎn)交叉父串2后代串2圖3.3單點(diǎn)交叉算子示意圖單點(diǎn)交叉的重要特點(diǎn)是:若鄰接基因座之間的關(guān)系能提供較好的個(gè)體性狀和較高的個(gè)體適應(yīng)度的話，則這種單點(diǎn)交叉操作破壞這種個(gè)體性狀和降低個(gè)體適應(yīng)度的可能性最小。但是在群體規(guī)模較小時(shí)，其搜索能力受到一定的影響。32

2)雙點(diǎn)交叉和多點(diǎn)交叉雙點(diǎn)交叉(Two一 poiniCrossover)是指在個(gè)體編碼串中隨機(jī)設(shè)置了二個(gè)交叉，然后再進(jìn)行部分基因交換。如圖3.4所示。父甲l后代甲1兩點(diǎn)交叉父串2后代串2圖3.4兩點(diǎn)交叉算子示意圖將雙點(diǎn)交叉和單點(diǎn)交叉的概念加以推廣，可得到多點(diǎn)交叉(Multi一 pointCrossover)的概念。即多點(diǎn)交叉是指在個(gè)體編碼串中隨機(jī)設(shè)置了多個(gè)交叉點(diǎn)，然后進(jìn)行基因交換。多點(diǎn)交叉又稱廣義交叉，其操作過(guò)程與單點(diǎn)交叉和雙點(diǎn)交叉相類似。需要說(shuō)明的是，一般不常使用多點(diǎn)交叉算子，因?yàn)樗锌赡芷茐囊恍┖玫哪Ｊ健Ｊ聦?shí)上，隨著交叉點(diǎn)數(shù)的增多，個(gè)體的結(jié)構(gòu)被破壞的可能性也逐漸增大，這樣就很難有效地保存較好的模式，從而影響遺傳算法的性能。3)均勻交叉均勻交叉 (UniformCrossover)是指兩個(gè)配對(duì)個(gè)體的每一個(gè)基因座上的基因都以相同的交叉概率進(jìn)行交換，從而形成兩個(gè)新的個(gè)體。例如:父串:l:110010111000父串:2:101011101011模板 :001101011100后代串:l:111011101000后代串:2:100010111011均勻性交叉在交換位時(shí)并不考慮其所在位置
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