發(fā)布時(shí)間：2018-04-11 01:06

  本文選題：演化硬件 + 位流重定位��； 參考：《南京航空航天大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：演化硬件(Evolvable Hardware,EHW)可根據(jù)環(huán)境變化改變自身結(jié)構(gòu)和行為,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自適應(yīng)和容錯(cuò)。目前,實(shí)現(xiàn)演化硬件的方法主要包括基于虛擬重構(gòu)電路(Virtual Reconfigurable Circuit,VRC)和基于動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)(Dynamic Partial Reconfiguration,DPR)的方法。演化復(fù)雜電路時(shí),DPR方法可克服VRC方法資源開銷和延時(shí)較大的缺點(diǎn),但需存儲(chǔ)較多位流文件,且演化速度較慢。針對以上不足,本文利用位流重定位與差異配置技術(shù)對現(xiàn)有DPR實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行改進(jìn)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)分析了EHW研究現(xiàn)況,以及不同F(xiàn)PGA重構(gòu)方法在實(shí)現(xiàn)EHW時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn),通過比較選擇采用基于位流重定位的動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)EHW系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)硬件平臺(tái)和軟件開發(fā)環(huán)境概括,并分析了FPGA的FPGA配置過程、位流文件的結(jié)構(gòu)和配置原理。(2)以MicroBlaze作為重構(gòu)控制器,采用位流重定位技術(shù)設(shè)計(jì)基于DPR的片上系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu);位流重定位原理和位流重定位的實(shí)現(xiàn)流程,包括邏輯功能網(wǎng)表文件的生成、可重構(gòu)IP核設(shè)計(jì)、位流重定位系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建、動(dòng)態(tài)部分重構(gòu)設(shè)計(jì)、重構(gòu)區(qū)域的統(tǒng)一化設(shè)計(jì)、位流文件的生成等。采用微軟基礎(chǔ)類庫MFC開發(fā)了循環(huán)冗余校驗(yàn)計(jì)算程序和界面。最后,在Xilinx Virtex-5 FPGA開發(fā)板ML507上利用邏輯運(yùn)算驗(yàn)證了位流重定位的可行性,并分析了位流重定位技術(shù)對位流存儲(chǔ)的影響,以及位流重定位的時(shí)間。(3)以Micro Blaze作為演化控制器,通過自定制ROM IP核實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),利用位流重定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能區(qū)可演化IP核的動(dòng)態(tài)重構(gòu),設(shè)計(jì)了基于位流重定位與差異配置的圖像濾波器在線演化系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)結(jié)果。采用遺傳算法作為演化算法,設(shè)計(jì)了染色體的編碼、染色體差異配置、適應(yīng)度評估方式以及遺傳算子。最后,以圖像濾波器的演化設(shè)計(jì)為例,對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和演化機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,所提出演化機(jī)制能有效節(jié)省位流存儲(chǔ)空間,提高演化速度。
[Abstract]:Evolvable hardware (EHW) can change its structure and behavior according to the change of environment, so that the system can be adaptive and fault-tolerant.At present, the methods of implementing evolutional hardware mainly include virtual Reconfigurable circuit based on virtual reconfiguration circuit and dynamic Partial reconfiguration based on dynamic partial reconfiguration.The VRC method can overcome the disadvantages of large resource overhead and delay, but it needs to store more bit stream files, and the speed of evolution is slow.In view of the above shortcomings, this paper uses bit stream relocation and differential configuration technology to improve the existing DPR implementation.The main contents of this paper are as follows: (1) the current situation of EHW research and the advantages and disadvantages of different FPGA reconstruction methods in the implementation of EHW are analyzed. The dynamic partial reconstruction technology based on bit stream relocation is chosen to implement the EHW system by comparison.This paper introduces the hardware platform and software development environment of the system, and analyzes the FPGA configuration process of FPGA, the structure and configuration principle of bitstream file. MicroBlaze is used as the reconfiguration controller, and the on-chip system based on DPR is designed by using bit stream repositioning technology.The overall structure of the system, the principle of bit stream repositioning and the realization flow of bit stream relocation are given, including the generation of logical function network table file, the design of reconfigurable IP core, the hardware platform construction of bit stream repositioning system, and the dynamic partial reconfiguration design.Uniform design of reconstructed region, generation of bit stream file, etc.The cyclic redundancy check calculation program and interface are developed with Microsoft basic class library MFC.Finally, the feasibility of bit stream repositioning is verified by logical operation on Xilinx Virtex-5 FPGA development board ML507, and the influence of bit stream relocation technology on bit stream storage and the time of bit stream relocation is analyzed. Micro Blaze is used as evolutionary controller.The storage of image data is realized by custom ROM IP core, and the dynamic reconfiguration of the evolving IP core in the system function area is realized by using bit stream relocation technology. An online evolution system of image filter based on bit stream relocation and differential configuration is designed.The overall structure of the system, hardware design method and implementation results are given.Genetic algorithm is used as evolutionary algorithm to design chromosome coding, chromosome differential collocation, fitness evaluation and genetic operator.Finally, the system structure and evolution mechanism are verified by the evolutionary design of image filter.The results show that the proposed evolution mechanism can effectively save bit stream storage space and improve the evolution speed.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP311.52;TN791

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1733728