基于SOPC的自演化系统设计与验证测试计量技术及仪器专业论文.docxVIP

摘 要 演化硬件（Evolvable Hardware，简称EHW），也称进化硬件，它能根据环境的变化改变自 身内部结构，来适应新的环境。它以进化算法作为全局有哪些信誉好的足球投注网站的主要工具，以现场可重构器件作 为评估手段和实现载体，寻求在不依赖先验知识和人工干预的情况下，通过进化算法来获得满 足给定要求的电路和系统结构，进而使系统自动、实时地调整其内部结构，以适应内部条件（如 局部故障）和外部环境的变化。将演化算法和可进化硬件电路在同一片现场可编程门列阵（Field Programmable Gate Array，FPGA）上实现，构成基于片上可编程系统（System On a Programmable Chip，SOPC）的自演化系统，是将演化硬件付诸工程应用，构成自适应和容错的硬件系统的重 要途径。 本文给出了基于 SOPC 的自演化系统实现的设计方法，并在 Xilinx 公司的 Virtex-ⅡPro 系 列开发板上进行了验证。主要研究内容如下： （1）概述了演化硬件、可编程片上系统和自演化硬件的概念，以及国内外相关的研究现状 和发展趋势；分析了演化硬件的基本原理和关键技术，给出了遗传算法（Genetic algorithm，GA） 的基本操作流程；介绍了自演化系统的试验平台和开发环境，包括 FPGA 的基本结构和嵌入式 开发工具。 （2）给出了自演化系统的总体设计方案，以 Virtex-ⅡPro FPGA 开发板为硬件平台，设计 了自演化系统，包括虚拟可重构电路的设计、可进化模块的设计、可进化 IP 核的定制以及如何 将其添加到硬件系统中。 （3）给出了自演化系统的软件设计方案，在 Virtex-ⅡPro FPGA 软核上编程实现了简化的 遗传算法，并以全加器电路和 2 位乘法器电路为例对自演化系统进行了验证。 最后对全文内容进行总结，给出了下一步研究的建议。 关键词：演化硬件；片上可编程系统；自演化；虚拟可重构；遗传算法；可进化核 ABSTRACT The advantage of evolvable hardware (EHW) is that it can change its own internal structure according to the changes of the environment to adapt to the new environment. It takes evolutionary algorithm (EA) as the main global search tool, and takes the reconfigurable device as the evaluation method and the carrier of realization. The purpose of EHW is to obtain demanded circuit and system structure using EA without any priori knowledge and manual intervention, then change its architecture and behavior dynamically and autonomously in order to adapt to the internal conditions (such as partial failure) and the changes in the external environment. By implementing EA and the reconfigurable circuit on the same FPGA, self-evolving hardware based on SOPC can be constituted, which provides an possible approach to put EHW into the engineering application and to constitute the adaptive and fault tolerant hardware system. In this thesis, the design of the self-evolving system based on SOPC, and the verification of it on Xilinx Virtex-Ⅱ Pro development board are reported. Main research aspects are as follows: Overview the concepts of evolvable hardware, SOPC,