基于FPTA的电路演化方法研究

论文摘要

演化硬件是将可重构硬件与演化算法结合起来,使得电路有自组织、自适应、自修复的功能,尤其适合于工作在电子设备需要长期工作、使用环境恶劣、技术人员无法及时提供维修的情况,演化硬件有着广阔的应用前景。本文首先阐述了演化硬件的概念与基本原理,介绍了演化硬件的实现过程,研究了基于FPTA的模拟电路演化评估方法。使用基于单染色体变异的Hereboy演化算法来实现电路演化,使用VB来编写演化控制程序,利用PSpice软件对电路进行仿真,实现多种电路外部演化平台,并改善了程序界面,更直观地显示演化电路最优输出结果。其次,基于FPTA2实现了积分电路及D触发器等电路的演化,取得了较好的结果。再次,实现了基于方差的放大器演化,并改进了电路评估方法,用基于多参数优化的方法进行放大器的演化,使得算法收敛速度加快,提高了放大器演化速度,对不同幅值输入信号进行了不同放大倍数的演化,得到了较好的结果。初步实现了放大器多目标演化,约束了电路的规模及功耗,增强了放大器的实用性。然后,对低通滤波器的演化方法进行了改进,提出了基于各频带点数与衰减率的评估方法,演化得到的低通滤波器更符合要求。最后,修正了以往对FPTA2容错能力的评估方法,基于与非门对FPTA2电路进行初步容错能力研究,评估结果表明单细胞FPTA2电路对少量故障晶体管容错能力较强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 演化硬件的概念
• 1.2 演化硬件起源及其研究意义
• 1.2.1 演化硬件技术的起源与发展
• 1.2.2 演化硬件技术的研究意义
• 1.3 模拟型演化硬件的研究现状及发展趋势
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 演化硬件的基本原理及实现方法
• 2.1 演化硬件的基本原理
• 2.1.1 可重构硬件
• 2.1.2 演化算法
• 2.2 演化硬件的实现过程
• 2.2.1 基于FPTA 的电路演化平台设计
• 2.2.2 演化硬件外部演化技术
• 2.3 电路演化实例
• 2.3.1 积分电路演化
• 2.3.2 D 触发器演化
• 第三章 放大器的演化评估方法改进与验证
• 3.1 基于方差的放大器电路演化
• 3.2 基于多参数评估的放大器电路评估
• 3.2.1 多参数适应度函数
• 3.2.2 算法的改进
• 3.2.3 演化实验结果分析
• 3.3 放大器分阶段演化
• 3.3.1 开环放大器演化
• 3.3.2 反馈放大器演化
• 3.3.3 演化试验结果
• 第四章 低通滤波器演化与FPTA2 容错评估
• 4.1 低通滤波器电路演化
• 4.1.1 低通滤波器演化
• 4.1.2 改进的低通滤波器演化评估方法
• 4.1.3 低通滤波器演化实例及结果分析
• 4.2 FPTA2 容错能力评估
• 4.2.1 与非门演化
• 4.2.2 与非门容错实验
• 4.2.3 FPTA2 容错能力评估
• 第五章 总结与展望
• 5.1 课题研究所取得的成果
• 5.2 进一步研究的方向
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文