【摘要】：基于演化硬件(Evolvable Hardware,EHW)的自適應(yīng)系統(tǒng)能夠通過改變自身結(jié)構(gòu)和參數(shù),以適應(yīng)外部環(huán)境,從而為空天環(huán)境中電子設(shè)備的生存提供良好的解決方案。針對當(dāng)前主流EHW設(shè)計方法因演化粒度較大和無法在線生成位流,所造成的系統(tǒng)體積、成本、資源、時間和功耗過大以及適應(yīng)能力有限等問題,本文提出了對現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)資源-位流關(guān)系進(jìn)行解析和建模、并利用所建模型在線生成位流的思想;在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于位流在線演化的高效能自適應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計方法;并以2bit乘法器以及自適應(yīng)圖像濾波器為例,分別采用門級演化和函數(shù)級演化方法,對所提出的系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計方法進(jìn)行了驗(yàn)證。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)概括了演化硬件的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分析了現(xiàn)有重構(gòu)方法、演化粒度和位流解析方法所存在的問題,提出了直接通過修改位流文件進(jìn)行演化的設(shè)計思路;介紹了系統(tǒng)設(shè)計所需的軟、硬件平臺,分析了FPGA硬件資源結(jié)構(gòu)和配置位流文件信息。(2)給出了FPGA資源-位流關(guān)系解析方法,對配置位流文件進(jìn)行了系統(tǒng)的解析,建立了不同資源與位流的映射關(guān)系模型,并針對布線資源和邏輯資源,分別設(shè)計了相應(yīng)的在線位流生成算法,以及糾錯碼校驗(yàn)的算法;給出了基于位流直接演化的自適應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計方案,采用笛卡爾遺傳編程(Cartesian Genetic Programming,CGP)編碼方式對FPGA底層電路進(jìn)行染色體編碼,設(shè)計了Block RAM對位流信息進(jìn)行緩存,通過對位流進(jìn)行直接修改,實(shí)現(xiàn)了對邏輯資源功能和布線資源連接的任意演化。(3)以2bit乘法器為例,在ML507開發(fā)板上搭建了基于位流直接演化的自適應(yīng)系統(tǒng),對門級演化方法進(jìn)行了驗(yàn)證,完成了系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計,并對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評估,分析了本文方法相對于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢;以圖像濾波為例,在ML507開發(fā)板上搭建了在線演化系統(tǒng),對函數(shù)級演化方法進(jìn)行了驗(yàn)證,給出了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計方法和濾波效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文方法具有更低的資源代價、更少的存儲空間代價和更高的演化速度;不僅適用于采用門級演化的邏輯電路的設(shè)計,而且適用于采用函數(shù)級演化的復(fù)雜電路的設(shè)計。
【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】：2019
【分類號】：V243;V443;TP311.52
【圖文】：

圖 2.1 ML507 開發(fā)板tex-5 FPGA 資源結(jié)構(gòu)及編程原理 憑借豐富的資源類型，在數(shù)據(jù)處理、嵌入式搭建以及軟硬件加速等方面。FPGA 中最基礎(chǔ)的資源可以大致分成兩類，一類是控制其實(shí)現(xiàn)功能的在各部分之間起到互聯(lián)作用的布線資源，本節(jié)將對這兩種基礎(chǔ)資源類型GA 資源分布情況FX70T 的資源分布如圖 2.2 所示，其中分布范圍最廣、數(shù)目最多的為 CL，一個最小可重構(gòu)區(qū)域至少包含一行一列的共 20 個 CLB 資源，如圖中面大致被分為了 16 個小區(qū)域，每個小區(qū)域即為一個時鐘域。FPGA 最左分布著 IO 資源。中間的位置嵌入了系統(tǒng)的硬核 PowerPC，起重構(gòu)控制口（Internal ConfigurationAccess Port，ICAP）以及系統(tǒng)的一些功能核都，CLB 資源之間分布著 DSP 以及 Block RAM 等功能塊，需要使用這些重構(gòu)區(qū)域內(nèi)。

FPGA資源分布圖

FPGA底層通用框架

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐圣學(xué);何怡剛;郭杰榮;李宏民;黃姣英;劉美容;劉慧;;位流運(yùn)算研究及應(yīng)用[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2007年27期

2 姚睿;何坤;朱萍;李增武;羊宇中;;使用位流重定位與差異配置在線演化數(shù)字系統(tǒng)[J];國防科技大學(xué)學(xué)報;2017年03期

3 李智華;黃娟;李威;楊立群;黃俊英;楊海鋼;;一種SRAM型FPGA互連資源的位流碼配置方法[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報;2016年01期

4 王馳;王健;楊萌;來金梅;;一種新型的FPGA配置位流壓縮算法[J];復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年03期

5 遲立國,秦丙栓,杜國柱,孫映;MPEG-2位流傳送原理[J];廣播與電視技術(shù);2002年11期

6 丁海亮;;安徽省東北部巖溶裂隙水的“雙層水位流”[J];安徽地質(zhì);1992年04期

7 董樂善;;理想不可壓縮平面位流繞翼流動的保角變換解法[J];西安公路學(xué)院學(xué)報;1984年04期

8 張洪學(xué);;淺析多媒體的語義[J];吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報;1996年03期

9 ;誰的狗?[J];Reading and Composition(Junior High)(English);2009年09期

10 劉鐵橋;鄺繼順;蔡爍;尤志強(qiáng);;一種將測試集嵌入到Test-per-Clock位流中的方法[J];計算機(jī)研究與發(fā)展;2014年09期

相關(guān)會議論文 前5條

1 周敦軍;;山東金嶺鐵礦區(qū)灰?guī)r含水層中“雙層水位流”的形成和應(yīng)用[A];2017第二十四屆魯冀晉粵川遼陜京八省（市）金屬學(xué)會礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2017年

2 周敦軍;牛學(xué)忠;;山東金嶺鐵礦區(qū)“雙層水位流”的形成和應(yīng)用[A];第二十二屆川魯冀晉瓊粵遼七省礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會論文集（上冊）[C];2015年

3 周敦軍;;山東金嶺鐵礦區(qū)“雙層水位流”的形成和應(yīng)用[A];第十八屆川魯冀晉瓊粵遼七省礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

4 周敦軍;牛學(xué)忠;;山東金嶺鐵礦區(qū)“雙層水位流”的形成和應(yīng)用[A];2012年全國冶金安全環(huán)保暨能效優(yōu)化學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

5 榮亮亮;林君;朱凱光;;一種基于數(shù)字變頻思想的電磁信號產(chǎn)生方法[A];第七屆青年學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳利光;適合于硬件進(jìn)化的FPGA平臺設(shè)計實(shí)現(xiàn)[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 杜君杰;基于位流直接演化的高效能自適應(yīng)系統(tǒng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 常魏巍;FPGA芯片建模方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

3 徐志鵬;九劇水流域森林變化對徑流情勢的影響[D];南昌工程學(xué)院;2019年

4 何坤;基于位流重定位的數(shù)字系統(tǒng)在線演化技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

5 吳強(qiáng);FPGA位流解析及電路還原[D];上海交通大學(xué);2013年

6 邢虹;FPGA位流生成及其壓縮[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

7 張作舟;DupPack裝箱方法和裝箱結(jié)果驗(yàn)證[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

8 謝婧;FPGA快速配置結(jié)構(gòu)及抗輻照電路設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

9 吳珂;基于位流回讀的FPGA測試系統(tǒng)的優(yōu)化方法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 胡少杰;基于位流回讀的Virtex-II芯片內(nèi)部資源的測試[D];電子科技大學(xué);2014年

本文編號：2794578