隨著電子技術(shù)的集成度越來越高和科技的逐漸進步,在太空、深海等環(huán)境下工作的電子信息系統(tǒng)也具有了更多功能。但是在這類極端環(huán)境下,系統(tǒng)難免會遇到各種各類的故障與錯誤,如何去排除并且修復(fù)這些故障一直是系統(tǒng)上比較棘手的問題。傳統(tǒng)的修復(fù)方法有很大的局限性,一方面太浪費資源,另一方面效果不能滿足要求,所以需要一種高效可行的自修復(fù)方法來應(yīng)用于極端條件的電子信息系統(tǒng)。演化硬件作為一個正在發(fā)展的技術(shù)在處理故障修復(fù)這方面有很大的發(fā)展空間,使用微處理器加可編程邏輯區(qū)的搭配讓系統(tǒng)能夠保證功能的同時也可以有很強的可靠性。在可編程邏輯區(qū)使用動態(tài)部分重配置技術(shù)（DPR）使得演化的效率更高,能耗也更小,本文研究在DPR技術(shù)的基礎(chǔ)上使用遺傳算法修復(fù)可編程邏輯硬件故障,主要研究內(nèi)容如下:首先,研究硬件在結(jié)構(gòu)上與生物組織的相似性,通過研究生物系統(tǒng)內(nèi)的自修復(fù)方法,進而對硬件的自修復(fù)進行了類比,提出了硬件組織層面上的自修復(fù)方法,并且通過DPR技術(shù)對可編程邏輯資源的修復(fù)進行了可行性的分析,提出硬件自修復(fù)的方法。其次,采用Zynq-7000系列的So C作為系統(tǒng)的實驗驗證平臺,設(shè)計開發(fā)了自修復(fù)演化硬件系統(tǒng)。作為自修復(fù)設(shè)計不可缺少的部... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

全局最優(yōu)解與局部最優(yōu)解

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-23-再生指的是在正常生命活動時，當(dāng)細(xì)胞或組織持續(xù)老化或消耗后，為保持原有結(jié)構(gòu)或功能的不變而讓新生同種細(xì)胞來源源不斷的補充的過程，病理性再生則是在病理狀況下細(xì)胞或組織缺損下的再生。如果按照細(xì)胞再生能力的強弱來區(qū)分，人體細(xì)胞分為不穩(wěn)定細(xì)胞、穩(wěn)定細(xì)胞和永久性細(xì)胞，其中不穩(wěn)定細(xì)胞占人體占比的1.5%，具有不斷增生、更新的能力，而穩(wěn)定細(xì)胞則具有潛在的增生能力，在需要其增生時才會選擇去再生，永久性細(xì)胞在受損后會永久消失，比如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞等。干細(xì)胞是生命周期中能夠長時間或一直自我更新或能夠繼續(xù)多向分化的一類細(xì)胞，有胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞兩類，干細(xì)胞在組織修復(fù)中發(fā)揮了重要作用。機體內(nèi)多種成熟分化的組織中有成體干細(xì)胞存在的蹤影，當(dāng)組織損傷時，組織內(nèi)或外部干細(xì)胞涌入損傷部位，并繼續(xù)分化成熟用來修補受損的部分。以骨髓組織的干細(xì)胞為例，如圖2-15所示，骨髓中干細(xì)胞有自我更新和自我維持能力，能夠不斷進行有絲分裂來產(chǎn)生不分化狀態(tài)的細(xì)胞，而在特定條件下又能夠分化成不同組織的細(xì)胞，而且這些組織內(nèi)部的干細(xì)胞又能分化成間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymalstemcell,MSC)[44]。間充質(zhì)干細(xì)胞能夠分化成的組織類型十分豐富，在創(chuàng)傷性病理炎癥時能夠發(fā)揮巨大的作用，比如在燒傷時分化為真皮組織，在心臟疾病時分化為心肌組織。圖2-15骨骼間充質(zhì)干細(xì)胞分化示意圖而組織修復(fù)的可實施性又取決于損傷組織的類型和受損的程度。再生在不同組織又可分為上皮組織的再生、纖維組織的再生、軟骨組織和骨組織的再生、

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-34-生成比特流文件(可選)系統(tǒng)配置添加IP導(dǎo)入軟件開發(fā)工具可編程邏輯區(qū)配置(比特流文件)硬件規(guī)格文件(XML)內(nèi)存映射信息(MMI)處理系統(tǒng)配置硬件交接圖3-5系統(tǒng)開發(fā)流程圖在系統(tǒng)工程建立之后，需要在IPIntegrator中創(chuàng)建一個塊設(shè)計，實例化Zynq處理器與其它XilinxIP和自定義IP并為其生成輸出產(chǎn)品，如圖3-6所示。完成需要的程序文件和約束文件(用于硬件外設(shè)管腳分配以及電平配置等)并加載到資源區(qū)。創(chuàng)建頂層封裝wrapper，將塊設(shè)計實例化到頂層RTL設(shè)計中，再運行綜合、實現(xiàn)、生成比特流文件，導(dǎo)出硬件hdf文件到SDK中。最后在SDK中創(chuàng)建軟件應(yīng)用，將可執(zhí)行的ELF文件與硬件設(shè)計聯(lián)系在一起，下載到我們的硬件上。圖3-6系統(tǒng)總體塊設(shè)計示意圖之后便可以開展我們自修復(fù)系統(tǒng)的工作，如果進一步進行開發(fā)并運用到實際生產(chǎn)中，我們的系統(tǒng)可以用于空間、核電站、深海等極端環(huán)境下，如圖3-7所示。在這類環(huán)境下，常具有大量的輻射且難以去進行人工修復(fù)，本文所設(shè)計的自修復(fù)演化系統(tǒng)便可有足夠的用武之地。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種緩解NBTI效應(yīng)引起電路老化的門替換方法[J]. 梁華國,陶志勇,李揚.  電子測量與儀器學(xué)報. 2013(11)
[2]堿性成纖維細(xì)胞生長因子修復(fù)功能及其應(yīng)用研究進展[J]. 趙宇,孫立偉,姜銳,申野.  中國老年學(xué)雜志. 2012(11)
[3]一種新型的單芯片級可進化硬件系統(tǒng)[J]. 楊華秋,段欣,來金梅.  復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(01)
[4]基于演化硬件的在線自適應(yīng)系統(tǒng)[J]. 朱繼祥,李元香,夏學(xué)文,曾輝.  計算機科學(xué). 2009(07)
[5]FDP FPGA芯片的設(shè)計實現(xiàn)(英文)[J]. 陳利光,王亞斌,吳芳,來金梅,童家榕,張火文,屠睿,王建,王元,申秋實,余慧,黃均鼐,盧海舟,潘光華.  半導(dǎo)體學(xué)報. 2008(04)
[6]FPGA動態(tài)部分重構(gòu)的研究及位流信息重構(gòu)的實現(xiàn)[J]. 徐新民,樂瑩,尚麗娜.  科技通報. 2008(02)
[7]RLGA:一種基于強化學(xué)習(xí)機制的遺傳算法[J]. 王本年,高陽,陳兆乾,謝俊元,陳世福.  電子學(xué)報. 2006(05)
[8]大容量FPGA數(shù)據(jù)的EEPROM串行加載[J].   電子元器件應(yīng)用. 2006(03)
[9]多目標(biāo)優(yōu)化的演化算法[J]. 謝濤,陳火旺,康立山.  計算機學(xué)報. 2003(08)
[10]骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化為血管內(nèi)皮細(xì)胞的實驗研究[J]. 方利君,付小兵,孫同柱,李建福,程飚,楊銀輝,王玉新.  中華燒傷雜志. 2003(01)

博士論文
[1]基于數(shù)字電路的演化自適應(yīng)系統(tǒng)研究[D]. 楊曉艷.武漢大學(xué) 2018
[2]星載ATP控制系統(tǒng)容錯設(shè)計及單粒子效應(yīng)加固技術(shù)研究[D]. 王紅舉.中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016
[3]衛(wèi)星熱輻射特性及其空間輻照環(huán)境效應(yīng)研究[D]. 馬偉.南京理工大學(xué) 2011

碩士論文
[1]基于ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式多核操作系統(tǒng)內(nèi)核研究與實現(xiàn)[D]. 蔡人和.電子科技大學(xué) 2016
[2]基于FPGA動態(tài)部分重構(gòu)的數(shù)字系統(tǒng)在線演化技術(shù)研究[D]. 孫艷梅.南京航空航天大學(xué) 2015
[3]基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化問題的研究與應(yīng)用[D]. 徐磊.中南大學(xué) 2007



本文編號：2948731