基于遗传算法的电路自动化设计

发布时间：2021-11-06 01:37

　　电路的自动设计作为进化型硬件的一个重要分支,是指这种电路在没有人工干预的情况下自动调整电路结构以适应环境变化,具有自组织、自修复的特点。近年来,由于进化型硬件电路具有消耗电路逻辑资源少、功耗低等优势,运用进化算法进行电路的自动设计已成为一个研究热点。另外,可编程逻辑器件具有内部结构功能可重复配置的优点,使得在硬件平台上实现进化算法具有很高的可行性。而遗传算法作为进化算法的一个重要分支,具有很好的选择、变异及搜索最优解的特性,将其与并行处理的FPGA硬件语言相结合,可以大大提高算法的收敛速度。因此,本文将状态机的模块化设计思想运用到遗传算法设计上,并将其移植到组合逻辑电路自动设计中,取得了很好地效果,本文主要工作如下:首先系统的分析了遗传算法基本原理及其实现技术,并对遗传算法的各个模块进行详细介绍,然后引出本设计的硬件实现平台——FPGA（Field Programmable Gate Array）及其仿真软件和编程语言。接着将遗传算法的天然并行性运用到FPGA平台上,根据FPGA自顶向下的设计思想将算法按照模块划分,划分思想是基于有限状态机的模块化设计,本文提出一种归一化的系统设计方法... 

【文章来源】：淮北师范大学安徽省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

四进制加法和减法计数器电路的输出波形图

淮北师范大学2020届硕士学位论文26elseqx<=4"b0;end此外，该模块具有一定的通用性，针对不同进制的计数器，只需要将语句“output[3:0]w”中的“3”以及“elseif(qx<15)qx<=qx+1”中的“15”做相应的改动，即可完成任意进制计数器的实现。3-8线译码器模块：由于任何组合逻辑函数的输出都可以用最小项之和的形式来表示，所以原则上来说，译码器可以实现任意多输出的逻辑函数。本设计以3-8线译码器为例，将A0、A1、A2作为3个输入逻辑变量，Y0～Y7作为8个最小项[24]，用其组合来表示任意组合逻辑函数。其中，3-8译码器模块中电路的输出方程为：11346Q(YYYY)(4-4)22347Q(YYYY)(4-5)34Y(YY)(4-6)同样地，给出模块化思想设计的状态机的输入输出波形图，如图4.8所示。图4.8模块化思想设计的状态机时序波形图分析图4.8所示波形图可以看出，当A=0时,在连续时钟脉冲作用下，输出信号Y实现的是一个加法计数器的功能；当A=1时,在连续时钟脉冲作用下，输出信号Y实现的是一个减法计数器的功能。通过对比发现，模块化思想设计的状态机与常规方法设计的状态机一致，同样也实现了四进制加法和减法计数器的功能。分析一个周期的波形图，总结出电路的输入输出真值表如表4.2所示。表4.2模块化方法设计的电路输入输出真值表AQ1Q2Y0000010000100111100111101010

淮北师范大学2020届硕士学位论文28D0D1D2D3D4D5D14D15+clk图4.9随机数产生模块结构原理图图4.10随机数rand_num模块仿真图1图4.11随机数rand_num模块仿真图2通过图4.10及4.11可以看到，仿真图左侧罗列出了信号名称以及信号值，右边是信号的波形图，可以根据想要观察的波形图自动添加，另外对于进制也可以根据需要选择。对比上述两个随机数产生模块仿真图，可以看出，在系统时钟上升沿到来时，该模块源源不断产生随机数供初始种群的产生以及交叉变异模块的随机数选择。4.3.2初始化模块根据第二章所述，本设计对子种群中的个体采用基因表达式编程算法进行初

【参考文献】：
期刊论文
[1]结合基因表达式编程与空间模糊聚类的图像分割[J]. 李婷婷,江朝晖,饶元,张晓明.  中国图象图形学报. 2017(05)
[2]时序电路有限状态机设计的安全性研究[J]. 彭凯贝,贾瑞清.  西南交通大学学报. 2017(02)
[3]基于遗传算法的硬件木马检测方法[J]. 刘燕江,何春华,王力纬,恩云飞,谢少锋,谢云.  微电子学与计算机. 2016(11)
[4]基于动态功耗的流水线优化方法研究[J]. 李钊,李业德,吴兴华.  仪器仪表学报. 2016(05)
[5]基于灵敏度的UPFC选址研究[J]. 周正宇,王海潜,祁万春,吴熙.  江苏电机工程. 2016(01)
[6]基于FPGA的遗传算法在交通控制中的应用[J]. 张丽霞,唐泽.  现代电子技术. 2015(15)
[7]基于FPGA的多路伪随机序列发生器的设计与实现[J]. 王兵.  广东通信技术. 2015(06)
[8]协议状态机推断技术研究进展[J]. 吴礼发,王辰,洪征,庄洪林.  计算机应用研究. 2015(07)
[9]改进的遗传算法求解旅行商问题[J]. 于莹莹,陈燕,李桃迎.  控制与决策. 2014(08)
[10]基于FPGA和有限状态机的守时系统设计[J]. 曾一凡,吴思琪.  计算机测量与控制. 2014(05)

博士论文
[1]数字电路进化设计算法研究[D]. 柏磊.南京理工大学 2012
[2]面向量子可逆逻辑自动综合的多目标进化算法研究[D]. 张明明.东华大学 2010
[3]电路进化设计算法研究[D]. 梁后军.中国科学技术大学 2009
[4]数字电路的故障测试模式生成方法研究[D]. 刘歆.华中科技大学 2004

硕士论文
[1]基于超混沌的伪随机序列发生器的FPGA实现[D]. 胡玉庆.天津工业大学 2018
[2]非线性模型预测控制器的FPGA全硬件实现及应用[D]. 季冬冬.吉林大学 2016
[3]基于改进遗传算法的搜救机器人路径规划[D]. 巩力源.南京信息工程大学 2016
[4]基于演化硬件的实时容错机制研究[D]. 柳继委.大连理工大学 2016
[5]基于遗传算法的多核处理器任务执行策略的优化研究[D]. 蒋少丙.华北电力大学 2016
[6]智能控制器的FPGA实现及其应用[D]. 孙前程.安徽理工大学 2015
[7]统一潮流控制器选址定容及控制策略研究[D]. 李媛媛.东北大学 2015
[8]混合约束条件下的异构MPSoC软硬件划分算法研究[D]. 朱丰亮.湖南大学 2014
[9]基于遗传算法的人脸识别系统的设计与DSP实现[D]. 王永军.东北大学 2014
[10]基于改进遗传算法的电路进化容错修复技术研究[D]. 刘春草.河北科技大学 2014



本文编号：3478904