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基于FPGA的硬件进化研究

作　者: 刘昌庆
导　师: 张曦煌
学　校: 江南大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 遗传算法蚁群算法演化算法硬件进化 FPGA 可编程器件
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 274次
引　用: 3次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 硬件进化概述  7-8
  1.2 研究背景现状及意义  8
  1.3 研究的内容与目标  8-10
第二章硬件进化及演化算法简介  10-22
  2.1 演化硬件  10-13
    2.1.1 演化硬件的定义  10
    2.1.2 进化硬件的基本原理、特点以及实现方法  10-12
    2.1.3 演化硬件的应用  12-13
    2.1.4 国内外研究动态  13
  2.2 演化算法概述  13-22
    2.2.1 遗传算法  14-17
    2.2.2 蚁群算法  17-19
    2.2.3 遗传算法与蚁群算法的动态融合  19-22
第三章硬件进化实验平台及开发环境  22-32
  3.1 可编程逻辑门阵列  22-26
    3.1.1 可编程逻辑器件分类  22-23
    3.1.2 现场可编程逻辑器件(FPGA)概述  23-26
  3.2 硬件进化实验平台，开发环境以及开发语言VHDL  26-29
    3.2.1 硬件进化开发平台  26-29
    3.2.2 硬件进化中用到的开发语言  29
  3.3 开发环境中硬件部分介绍  29-32
第四章演化算法硬件模块划分与设计  32-51
  4.1 演化算法硬件系统模块划分与其结构设计  32-35
    4.1.1 硬件设计过程中基本设计  33
    4.1.2 模块设计中演化算法硬件设计运行过程  33-34
    4.1.3 硬件进化设计过程基本模块结构示意图  34-35
    4.1.4 硬件简化中基本参数设置  35
  4.2 各个模块的功能与具体设计  35-51
    4.2.1 顶层图设计  35-38
    4.2.2 控制模块的设计  38-42
    4.2.3 存储器模块的设计  42-43
    4.2.4 随机数模块的设计  43-44
    4.2.5 初始化模块的设计  44-45
    4.2.6 多路数据选择器Mux 的设计  45
    4.2.7 选择模块的设计  45-47
    4.2.8 交叉变异模块的设计  47-48
    4.2.9 适应度模块的设计  48-49
    4.2.10 试验数据分析  49-51
第五章总结与展望  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-56
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  56

基于FPGA的硬件进化研究

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