数字电路多目标在线进化及异构容错系统设计

论文摘要

演化硬件是一种模拟生物进化原理来实现电路设计自动化的有效方法,演化硬件通过在线进化可以实现自适应和自修复,在航空航天领域有着重要应用前景。本文主要研究内容为:1.研究了数字电路多目标进化设计,改进了一种基于约束法的多目标进化算法,解决了在进化过程中电路功能、电路逻辑门数和电路延时三个目标的协同优化设计问题。针对多目标进化设计引起的收敛速度减慢缺点,引入了生长进化策略,利用优良基因“锁定”的方法,提高了多目标进化设计的收敛速度。2.研究了数字电路函数级进化设计,通过逐级分解进化的方法实现较大规模数字电路在线进化,并采用生长进化策略,提高了电路的进化收敛速度。3.研究了异构冗余容错系统设计方法,对比了异构系统与同构系统的容错性能,改进了“活动节点”异构评价法,提出了“拓扑结构”异构评价法,通过设计实例分析了两种设计方法的优劣。4.研究了异构冗余容错系统多目标优化设计技术。针对系统逻辑门数对系统容错性能的影响,通过使用多目标优化方法,进一步改进设计系统的容错性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 演化硬件的概念
• 1.2 演化硬件的研究现状
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.4 本文主要工作与结构安排
• 第二章 演化硬件基本原理与实现方法
• 2.1 演化硬件基本原理
• 2.2 演化硬件实现方法
• 2.3 演化硬件实现步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 数字电路多目标进化设计
• 3.1 多目标优化算法分类
• 3.2 用于数字电路设计的多目标进化算法分析
• 3.3 数字电路多目标进化设计
• 3.3.1 多目标进化设计过程
• 3.3.2 数字电路多目标进化编码方法与遍历方法
• 3.3.3 加速进化策略
• 3.3.4 加速多目标进化设计方法
• 3.3.5 多目标进化算法实现步骤
• 3.4 设计实例与结果分析
• 3.4.1 HEX-BCD 电路进化的问题描述
• 3.4.2 多目标在线进化实现
• 3.4.3 多目标在线进化结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 数字电路函数级进化设计
• 4.1 数字电路函数级进化设计方法
• 4.2 设计实例与结果分析
• 4.2.1 电路分解与进化实现
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 异构冗余容错系统设计
• 5.1 容错技术简介
• 5.2 异构冗余容错系统设计理论基础
• 5.3 异构冗余容错系统设计方法
• 5.4 异构系统评价理论与方法
• 5.4.1 图论简介
• 5.4.2 异构评价理论分析
• 5.4.3 异构评价方法
• 5.5 设计实例与结果分析
• 5.5.1 异构电路评价结果分析
• 5.5.2 电路进化时间结果分析
• 5.5.3 异构系统模块电路分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 异构冗余容错系统多目标优化设计
• 6.1 异构容错系统多目标设计理论基础
• 6.2 异构容错系统优化设计过程
• 6.3 设计实例与结果分析
• 6.3.1 电路多目标设计结果分析
• 6.3.2 异构度评价结果分析
• 6.3.3 容错系统可靠性分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文研究工作总结
• 7.2 后续研究建议
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文