自适应演化硬件及其容错技术研究
发布时间：2024-05-14 05:54
推动电子计算机技术产生和发展的因素无外乎是特定时期的某种需求,当今世界,人类探索未知世界的活动日趋频繁,人们对于电子系统产生了微型化和智能化的新需求,形成了未来电子系统发展的趋势。微型化与可靠性、智能化与模块化之间的矛盾是传统EDA设计方法难以逾越的鸿沟,演化硬件是迄今为止解决这一矛盾最为理想的技术。演化硬件是通过融入演化机制实现电子系统的实时自重构,它包括各种能够适应环境变化,并且在运行期间不断改善自身性能的电子系统。演化机制的引入使演化硬件具备了自组织、自适应、自修复的特性,演化硬件的自修复特性来自于其对环境的自适应能力,利用演化硬件调整内部结构是实现自修复系统的重要途径。然而,目前很多自适应系统都是基于参数调整的,如自适应滤波器、模糊控制器以及自适应天线等,鲜有研究基于结构演化的自适应系统。因此,本文致力于研究基于结构调整的自适应演化硬件,最终目的是利用演化硬件的各种自适应行为构建不同的自修复系统。 自适应和自修复的关键在于实时性,实时性取决于演化硬件的设计效率。本文从编码方案、算法选择、演化粒度、演化硬件的复杂性等多个方面分析了影响演化效率的各种因素。电路的编码表示是演化硬件技...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 演化硬件的研究意义
1.4 本文的结构和安排
第二章 演化硬件概述
2.1 演化硬件的基本原理
2.2 演化硬件的理论基础
2.2.1 遗传算法
2.2.2 演化策略
2.3 演化硬件的物质基础
2.3.1 可编程逻辑器件
2.3.2 Virtex-ⅡPro的体系结构
2.3.3 ADM-XPL母板
2.4 演化硬件的特点
2.5 演化硬件的分类
2.6 演化硬件的应用前景
2.6.1 电路进化设计
2.6.2 工业应用
2.6.3 机器人控制
2.6.4 演化天线
2.7 本章小结
第三章 数字电路的进化设计
3.1 问题的提出
3.2 数字电路的演化设计
3.2.1 设计流程
3.2.2 编码方案
3.2.3 电路的初始化
3.2.4 电路的评估
3.2.5 电路的交叉
3.2.6 电路的变异
3.3 实例与分析
3.3.1 实例一:二位乘法器
3.3.2 实例二:二位加法器
3.3.3 实例三:六输入、单输出电路
3.3.4 分析与结论
3.4 本章小结
第四章 自适应演化硬件的关键问题
4.1 引言
4.2 影响演化效率的因素
4.2.1 演化粒度
4.2.2 算法改进
4.2.3 演化硬件的复杂性
4.2.4 编码与解空间
4.3 演化硬件的扩展问题
4.4 电路的分解演化
4.4.1 分治法
4.4.2 电路的分解方法
4.4.3 分解对搜索空间的影响
4.4.4 BIE和GDD分解算法
4.5 并行递归分解演化
4.5.1 特长个体与基因改良
4.5.2 并行递归分解算法
4.5.3 实验与分析
4.6 本章小结
第五章 自适应演化硬件系统的模拟实现
5.1 引言
5.2 自适应系统的发展
5.2.1 传统的可适应系统
5.2.2 基于可重构技术的自适应系统
5.2.3 演化硬件的在线自适应系统
5.3 自适应演化硬件的系统构成
5.4 演化硬件的实现原理
5.4.1 演化硬件的三层模型
5.4.2 应用程序层和接口层
5.4.3 物理实现层
5.5 自适应演化硬件的实验模拟
5.5.1 系统改进内部结构
5.5.2 不确定的任务
5.5.3 显型可塑性
5.6 本章小结
第六章 演化硬件的容错技术研究
6.1 容错技术的基础知识
6.2 演化硬件的容错模式
6.2.1 异构冗余容错模式
6.2.2 自重构容错模式
6.2.3 补偿容错模式
6.3 补偿容错系统设计
6.3.1 错误检测
6.3.2 校正器设计
6.3.3 生成目标真值表
6.3.4 适应值函数设计
6.3.5 对比实验与分析
6.4 可演化自修复系统
6.4.1 思想来源
6.4.2 系统构成
6.4.3 系统实现
6.4.4 实验与分析
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 下一步的工作
参考文献
攻读博士学位期间发表的主要学术论文
致谢
本文编号：3973280
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 演化硬件的研究意义
1.4 本文的结构和安排
第二章 演化硬件概述
2.1 演化硬件的基本原理
2.2 演化硬件的理论基础
2.2.1 遗传算法
2.2.2 演化策略
2.3 演化硬件的物质基础
2.3.1 可编程逻辑器件
2.3.2 Virtex-ⅡPro的体系结构
2.3.3 ADM-XPL母板
2.4 演化硬件的特点
2.5 演化硬件的分类
2.6 演化硬件的应用前景
2.6.1 电路进化设计
2.6.2 工业应用
2.6.3 机器人控制
2.6.4 演化天线
2.7 本章小结
第三章 数字电路的进化设计
3.1 问题的提出
3.2 数字电路的演化设计
3.2.1 设计流程
3.2.2 编码方案
3.2.3 电路的初始化
3.2.4 电路的评估
3.2.5 电路的交叉
3.2.6 电路的变异
3.3 实例与分析
3.3.1 实例一:二位乘法器
3.3.2 实例二:二位加法器
3.3.3 实例三:六输入、单输出电路
3.3.4 分析与结论
3.4 本章小结
第四章 自适应演化硬件的关键问题
4.1 引言
4.2 影响演化效率的因素
4.2.1 演化粒度
4.2.2 算法改进
4.2.3 演化硬件的复杂性
4.2.4 编码与解空间
4.3 演化硬件的扩展问题
4.4 电路的分解演化
4.4.1 分治法
4.4.2 电路的分解方法
4.4.3 分解对搜索空间的影响
4.4.4 BIE和GDD分解算法
4.5 并行递归分解演化
4.5.1 特长个体与基因改良
4.5.2 并行递归分解算法
4.5.3 实验与分析
4.6 本章小结
第五章 自适应演化硬件系统的模拟实现
5.1 引言
5.2 自适应系统的发展
5.2.1 传统的可适应系统
5.2.2 基于可重构技术的自适应系统
5.2.3 演化硬件的在线自适应系统
5.3 自适应演化硬件的系统构成
5.4 演化硬件的实现原理
5.4.1 演化硬件的三层模型
5.4.2 应用程序层和接口层
5.4.3 物理实现层
5.5 自适应演化硬件的实验模拟
5.5.1 系统改进内部结构
5.5.2 不确定的任务
5.5.3 显型可塑性
5.6 本章小结
第六章 演化硬件的容错技术研究
6.1 容错技术的基础知识
6.2 演化硬件的容错模式
6.2.1 异构冗余容错模式
6.2.2 自重构容错模式
6.2.3 补偿容错模式
6.3 补偿容错系统设计
6.3.1 错误检测
6.3.2 校正器设计
6.3.3 生成目标真值表
6.3.4 适应值函数设计
6.3.5 对比实验与分析
6.4 可演化自修复系统
6.4.1 思想来源
6.4.2 系统构成
6.4.3 系统实现
6.4.4 实验与分析
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 下一步的工作
参考文献
攻读博士学位期间发表的主要学术论文
致谢
本文编号：3973280
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