基于FPGA的硬件进化研究

论文摘要

硬件进化技术是上个世纪90年代提出来的一种新的硬件系统的设计方法,它的基本思想是将进化思想用在电子系统设计中,通过演化算法的演化结果来设计,调整电子系统内部结构。利用硬件进化技术设计的硬件具有自组织、自适应及自我修复等多项特点,从而可以提高系统的可靠性。本文首先学习研究演化硬件的概念及演化算法,在对硬件进化概念及演化算法有了深入的了解后,本文选择遗传算法作为演化算法来研究硬件进化。在全文的几个部分中分别做了以下工作:硬件进化的概念部分介绍了硬件进化的定义,它是依据研究者对硬件进化研究的目的来划分;演化算法部分主要研究了遗传算法,蚁群算法,以及两者的动态结合算法,在对演化算法学习研究后,本文选取遗传算法作为演化算法来实现硬件进化研究,将遗传算法划分为控制模块,初始化模块,选择模块,交叉变异模块,存储模块,随机模块等几大模块并通过VHDL程序设计在北京革新开发试验平台上实现;在评估函数设计中,利用可以取得最大值的适应度函数来实例化硬件进化研究的。通过对演化过程的数据分析检验了设计的正确性。设计过程中采用的开发软件为QUARTUS软件,设计语言是VHDL语言,芯片是ALTREA公司提供的CycloneⅡF PGA芯片。最后总结了硬件进化研究取得的成果和未来的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 硬件进化概述
• 1.2 研究背景现状及意义
• 1.3 研究的内容与目标
• 第二章 硬件进化及演化算法简介
• 2.1 演化硬件
• 2.1.1 演化硬件的定义
• 2.1.2 进化硬件的基本原理、特点以及实现方法
• 2.1.3 演化硬件的应用
• 2.1.4 国内外研究动态
• 2.2 演化算法概述
• 2.2.1 遗传算法
• 2.2.2 蚁群算法
• 2.2.3 遗传算法与蚁群算法的动态融合
• 第三章 硬件进化实验平台及开发环境
• 3.1 可编程逻辑门阵列
• 3.1.1 可编程逻辑器件分类
• 3.1.2 现场可编程逻辑器件（FPGA）概述
• 3.2 硬件进化实验平台，开发环境以及开发语言VHDL
• 3.2.1 硬件进化开发平台
• 3.2.2 硬件进化中用到的开发语言
• 3.3 开发环境中硬件部分介绍
• 第四章 演化算法硬件模块划分与设计
• 4.1 演化算法硬件系统模块划分与其结构设计
• 4.1.1 硬件设计过程中基本设计
• 4.1.2 模块设计中演化算法硬件设计运行过程
• 4.1.3 硬件进化设计过程基本模块结构示意图
• 4.1.4 硬件简化中基本参数设置
• 4.2 各个模块的功能与具体设计
• 4.2.1 顶层图设计
• 4.2.2 控制模块的设计
• 4.2.3 存储器模块的设计
• 4.2.4 随机数模块的设计
• 4.2.5 初始化模块的设计
• 4.2.6 多路数据选择器Mux 的设计
• 4.2.7 选择模块的设计
• 4.2.8 交叉变异模块的设计
• 4.2.9 适应度模块的设计
• 4.2.10 试验数据分析
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文