【摘要】：進(jìn)化硬件能根據(jù)環(huán)境變化而改變自身結(jié)構(gòu),以適應(yīng)其生存環(huán)境。實(shí)現(xiàn)能夠自演化的進(jìn)化硬件系統(tǒng)是進(jìn)化硬件付諸工程應(yīng)用的重要途徑。近年來,片上系統(tǒng)因其高效集成性能而成為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。因此,將進(jìn)化控制和可重構(gòu)硬件在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn),并進(jìn)一步構(gòu)成能夠自適應(yīng)和自修復(fù)的片上自演化系統(tǒng),具有重要意義與研究?jī)r(jià)值。SystemC作為一種優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)描述語言,可完成從系統(tǒng)到寄存器傳輸級(jí)、從軟件到硬件、從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的全部設(shè)計(jì)過程。本文研究了使用SystemC建模實(shí)現(xiàn)片上自演化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),主要內(nèi)容如下: (1)分析了進(jìn)化硬件的研究現(xiàn)狀、基本原理、關(guān)鍵技術(shù)及分類方法,給出了其搜索工具——遺傳算法的基本操作流程。選用SystemC語言作為開發(fā)語言,給出了基于SystemC的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)步驟,介紹了SystemC的仿真和調(diào)試環(huán)境,說明了使用SystemC建模的過程。 (2)研究了片上自演化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案和總體結(jié)構(gòu),分析了系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系。使用SystemC對(duì)自演化系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊——精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)(RISC CPU)和遺傳算法模塊進(jìn)行了建模,并在SystemC_Win環(huán)境下,對(duì)程序進(jìn)行了仿真。給出了RISC CPU的指令系統(tǒng)以及RISC CPU和遺傳算法模塊的代碼實(shí)現(xiàn)。 (3)在所建RISC CPU和遺傳算法模型上,分別以二階低通切比雪夫?yàn)V波器參數(shù)和分類器分類規(guī)則的進(jìn)化為例,驗(yàn)證了方案的可行性。給出了二階低通切比雪夫?yàn)V波器的模型、傳遞函數(shù)和設(shè)計(jì)步驟。通過仿真得到了濾波器的優(yōu)化參數(shù),對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,并進(jìn)一步分析了遺傳算法控制參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。給出了分類規(guī)則進(jìn)化的實(shí)現(xiàn)方案,以ID3算法產(chǎn)生初始規(guī)則集作為初始種群,在所建模型上進(jìn)化得出更優(yōu)的規(guī)則集,仿真結(jié)果表明優(yōu)化后規(guī)則集的復(fù)雜度明顯下降。
【圖文】：

則把寄存器傳輸級(jí)描述綜合為門級(jí)電路。因此本文使用 SystemC 建模實(shí)現(xiàn)片上進(jìn)化系統(tǒng)。1.2 進(jìn)化硬件的研究現(xiàn)狀進(jìn)化硬件的研究?jī)?nèi)容主要包括硬件進(jìn)化設(shè)計(jì)和硬件自適應(yīng)兩個(gè)方面，硬件進(jìn)化設(shè)計(jì)研究目的是使用進(jìn)化算法來創(chuàng)造新穎的物理設(shè)計(jì)，而硬件自適應(yīng)研究目標(biāo)則是使物理系統(tǒng)具有某些自適應(yīng)特征，以適應(yīng)變化的環(huán)境甚至在出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下也能成功運(yùn)行。國外對(duì)于進(jìn)化硬件的研究起步比較早，并取得了大量研究成果。目前，主要研究機(jī)構(gòu)分布在日本、美國、英國等國家，包括美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)所、英國約克大學(xué)、日本電子技術(shù)研究所、愛丁堡大學(xué)電子工程學(xué)院等單位。這些研究機(jī)構(gòu)分別對(duì)進(jìn)化硬件進(jìn)行了大量研究，英國約克大學(xué)主要研究胚胎進(jìn)化硬件方面，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)所主要對(duì)模擬進(jìn)化硬件進(jìn)行研究，而日本電子技術(shù)研究所主要研究的是數(shù)字進(jìn)化硬件方面。數(shù)字進(jìn)化硬件典型應(yīng)用包括人造假手控制和機(jī)器人，如圖 1.1 所示。文獻(xiàn)[8]中，提出門級(jí)進(jìn)化硬件芯片，把遺傳算法和可重構(gòu)硬件應(yīng)用于人造假手的控制。文獻(xiàn)[9]提出了形態(tài)學(xué)進(jìn)化中一個(gè)新的算法，，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制自主機(jī)器人。

并應(yīng)用于太空領(lǐng)域[10]。圖1.2 是進(jìn)化硬件在宇宙探索和通信方面的應(yīng)用。文獻(xiàn)[11]研究了進(jìn)化硬件在太空領(lǐng)域中的應(yīng)用，文中為了解決由于同一個(gè)發(fā)射臺(tái)部署多個(gè)衛(wèi)星，它們彼此距離很近，用特別的技術(shù)保證相互通信問題。提出了一個(gè)片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括普通用途的處理器核和專門用途的 Java 處理器核，使用實(shí)時(shí)軟件代理申請(qǐng)來適應(yīng)和重構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)不同的太空干擾并保證設(shè)計(jì)壽命。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TP368.1;TN47

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2616150