基于FPGA的动态可重构系统分析

论文摘要

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,尤其是大规模高性能的可编程逻辑器件的出现,实时的电路重构逐渐成为国际上的研究新热点。它的出现模糊了传统意义上硬件和软件的界限,让硬件系统软件化,使系统具有自适应、自组织和自修复的特性,尤其在对安全性有严格要求的航空、航天领域,可重构系统有着重大的应用价值和广阔的应用前景。本文就是基于FPGA设计了一款可重构的硬件系统,具体完成的任务如下:首先,对演化硬件和遗传算法进行了简单介绍,然后给出了遗传算法实现的关键代码和简要注释,通过对FPGA的检测反馈信息进行估计,交叉变异,最后选择出最优解;然后介绍了基于微控制器和FPGA的硬件平台;最后对实验平台的设计思想及原理做了着重介绍,通过层次结构的单元设计,用基本的与非门实现与门和或门结构,然后对遗传算法产生的最优解进行了结果鉴定与分析,并针对规模扩展带来的不稳定性做出了相应的完善措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 本文完成的工作和主要成果
• 第二章 演化硬件
• 2.1 演化硬件的背景和意义
• 2.2 分类
• 2.3 可重构系统与演化硬件的关系
• 2.4 应用
• 第三章 遗传算法
• 3.1 遗传算法的定义
• 3.2 遗传算法的基本思想及组成要素
• 3.2.1 编码
• 3.2.2 选择
• 3.2.3 交叉变异
• 3.2.4 运行参数
• 3.3 遗传算法的特点和缺陷
• 3.4 操作代码简介
• 3.4.1 适应度函数的估计
• 3.4.2 交叉变异操作
• 第四章 硬件平台
• 4.1 FPGA 的历史和发展
• 4.2 FPGA 的基本结构
• 4.3 Xilinx XC6200 FPGA
• 4.3.1 基本逻辑结构
• 4.3.2 可配置的逻辑单元结构
• 4.4 进化硬件平台搭建
• 4.4.1 遗传算法单元
• 4.4.2 可编程逻辑阵列单元
• 4.4.3 外部RAM 存储单元
• 4.5 硬件结构
• 第五章 试验平台
• 5.1 实验平台介绍
• 5.2 单元设计
• 5.2.1 NAND 门
• 5.2.2 多路选择器
• 5.2.3 移位寄存器
• 5.2.4 完整的单元结构
• 5.3 硬件测试
• 5.3.1 基本单元测试
• 5.3.2 扩展单元测试
• 5.4 结果分析
• 5.4.1 与门初始测试结果
• 5.4.2 震荡检测电路
• 5.4.3 或门初始测试结果
• 5.4.4 双稳态测试电路
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 科研成果