電路的自動(dòng)設(shè)計(jì)作為進(jìn)化型硬件的一個(gè)重要分支,是指這種電路在沒有人工干預(yù)的情況下自動(dòng)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)以適應(yīng)環(huán)境變化,具有自組織、自修復(fù)的特點(diǎn)。近年來(lái),由于進(jìn)化型硬件電路具有消耗電路邏輯資源少、功耗低等優(yōu)勢(shì),運(yùn)用進(jìn)化算法進(jìn)行電路的自動(dòng)設(shè)計(jì)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。另外,可編程邏輯器件具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能可重復(fù)配置的優(yōu)點(diǎn),使得在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)化算法具有很高的可行性。而遺傳算法作為進(jìn)化算法的一個(gè)重要分支,具有很好的選擇、變異及搜索最優(yōu)解的特性,將其與并行處理的FPGA硬件語(yǔ)言相結(jié)合,可以大大提高算法的收斂速度。因此,本文將狀態(tài)機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)思想運(yùn)用到遺傳算法設(shè)計(jì)上,并將其移植到組合邏輯電路自動(dòng)設(shè)計(jì)中,取得了很好地效果,本文主要工作如下:首先系統(tǒng)的分析了遺傳算法基本原理及其實(shí)現(xiàn)技術(shù),并對(duì)遺傳算法的各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹,然后引出本設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)——FPGA（Field Programmable Gate Array）及其仿真軟件和編程語(yǔ)言。接著將遺傳算法的天然并行性運(yùn)用到FPGA平臺(tái)上,根據(jù)FPGA自頂向下的設(shè)計(jì)思想將算法按照模塊劃分,劃分思想是基于有限狀態(tài)機(jī)的模塊化設(shè)計(jì),本文提出一種歸一化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法... 

【文章來(lái)源】：淮北師范大學(xué)安徽省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四進(jìn)制加法和減法計(jì)數(shù)器電路的輸出波形圖

淮北師范大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文26elseqx<=4"b0;end此外，該模塊具有一定的通用性，針對(duì)不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，只需要將語(yǔ)句“output[3:0]w”中的“3”以及“elseif(qx<15)qx<=qx+1”中的“15”做相應(yīng)的改動(dòng)，即可完成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)。3-8線譯碼器模塊：由于任何組合邏輯函數(shù)的輸出都可以用最小項(xiàng)之和的形式來(lái)表示，所以原則上來(lái)說(shuō)，譯碼器可以實(shí)現(xiàn)任意多輸出的邏輯函數(shù)。本設(shè)計(jì)以3-8線譯碼器為例，將A0、A1、A2作為3個(gè)輸入邏輯變量，Y0～Y7作為8個(gè)最小項(xiàng)[24]，用其組合來(lái)表示任意組合邏輯函數(shù)。其中，3-8譯碼器模塊中電路的輸出方程為：11346Q(YYYY)(4-4)22347Q(YYYY)(4-5)34Y(YY)(4-6)同樣地，給出模塊化思想設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)的輸入輸出波形圖，如圖4.8所示。圖4.8模塊化思想設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)時(shí)序波形圖分析圖4.8所示波形圖可以看出，當(dāng)A=0時(shí),在連續(xù)時(shí)鐘脈沖作用下，輸出信號(hào)Y實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)加法計(jì)數(shù)器的功能；當(dāng)A=1時(shí),在連續(xù)時(shí)鐘脈沖作用下，輸出信號(hào)Y實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)減法計(jì)數(shù)器的功能。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模塊化思想設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)與常規(guī)方法設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)一致，同樣也實(shí)現(xiàn)了四進(jìn)制加法和減法計(jì)數(shù)器的功能。分析一個(gè)周期的波形圖，總結(jié)出電路的輸入輸出真值表如表4.2所示。表4.2模塊化方法設(shè)計(jì)的電路輸入輸出真值表AQ1Q2Y0000010000100111100111101010

淮北師范大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文28D0D1D2D3D4D5D14D15+clk圖4.9隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)原理圖圖4.10隨機(jī)數(shù)rand_num模塊仿真圖1圖4.11隨機(jī)數(shù)rand_num模塊仿真圖2通過圖4.10及4.11可以看到，仿真圖左側(cè)羅列出了信號(hào)名稱以及信號(hào)值，右邊是信號(hào)的波形圖，可以根據(jù)想要觀察的波形圖自動(dòng)添加，另外對(duì)于進(jìn)制也可以根據(jù)需要選擇。對(duì)比上述兩個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊仿真圖，可以看出，在系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)，該模塊源源不斷產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)供初始種群的產(chǎn)生以及交叉變異模塊的隨機(jī)數(shù)選擇。4.3.2初始化模塊根據(jù)第二章所述，本設(shè)計(jì)對(duì)子種群中的個(gè)體采用基因表達(dá)式編程算法進(jìn)行初

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]結(jié)合基因表達(dá)式編程與空間模糊聚類的圖像分割[J]. 李婷婷,江朝暉,饒?jiān)?張曉明.  中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào). 2017(05)
[2]時(shí)序電路有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)的安全性研究[J]. 彭凱貝,賈瑞清.  西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[3]基于遺傳算法的硬件木馬檢測(cè)方法[J]. 劉燕江,何春華,王力緯,恩云飛,謝少鋒,謝云.  微電子學(xué)與計(jì)算機(jī). 2016(11)
[4]基于動(dòng)態(tài)功耗的流水線優(yōu)化方法研究[J]. 李釗,李業(yè)德,吳興華.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2016(05)
[5]基于靈敏度的UPFC選址研究[J]. 周正宇,王海潛,祁萬(wàn)春,吳熙.  江蘇電機(jī)工程. 2016(01)
[6]基于FPGA的遺傳算法在交通控制中的應(yīng)用[J]. 張麗霞,唐澤.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2015(15)
[7]基于FPGA的多路偽隨機(jī)序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 王兵.  廣東通信技術(shù). 2015(06)
[8]協(xié)議狀態(tài)機(jī)推斷技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 吳禮發(fā),王辰,洪征,莊洪林.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2015(07)
[9]改進(jìn)的遺傳算法求解旅行商問題[J]. 于瑩瑩,陳燕,李桃迎.  控制與決策. 2014(08)
[10]基于FPGA和有限狀態(tài)機(jī)的守時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 曾一凡,吳思琪.  計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2014(05)

博士論文
[1]數(shù)字電路進(jìn)化設(shè)計(jì)算法研究[D]. 柏磊.南京理工大學(xué) 2012
[2]面向量子可逆邏輯自動(dòng)綜合的多目標(biāo)進(jìn)化算法研究[D]. 張明明.東華大學(xué) 2010
[3]電路進(jìn)化設(shè)計(jì)算法研究[D]. 梁后軍.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[4]數(shù)字電路的故障測(cè)試模式生成方法研究[D]. 劉歆.華中科技大學(xué) 2004

碩士論文
[1]基于超混沌的偽隨機(jī)序列發(fā)生器的FPGA實(shí)現(xiàn)[D]. 胡玉慶.天津工業(yè)大學(xué) 2018
[2]非線性模型預(yù)測(cè)控制器的FPGA全硬件實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用[D]. 季冬冬.吉林大學(xué) 2016
[3]基于改進(jìn)遺傳算法的搜救機(jī)器人路徑規(guī)劃[D]. 鞏力源.南京信息工程大學(xué) 2016
[4]基于演化硬件的實(shí)時(shí)容錯(cuò)機(jī)制研究[D]. 柳繼委.大連理工大學(xué) 2016
[5]基于遺傳算法的多核處理器任務(wù)執(zhí)行策略的優(yōu)化研究[D]. 蔣少丙.華北電力大學(xué) 2016
[6]智能控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用[D]. 孫前程.安徽理工大學(xué) 2015
[7]統(tǒng)一潮流控制器選址定容及控制策略研究[D]. 李媛媛.東北大學(xué) 2015
[8]混合約束條件下的異構(gòu)MPSoC軟硬件劃分算法研究[D]. 朱豐亮.湖南大學(xué) 2014
[9]基于遺傳算法的人臉識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與DSP實(shí)現(xiàn)[D]. 王永軍.東北大學(xué) 2014
[10]基于改進(jìn)遺傳算法的電路進(jìn)化容錯(cuò)修復(fù)技術(shù)研究[D]. 劉春草.河北科技大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3478904