基于硬件演化的电子电路故障自修复研究综述

阐述了硬件演化的基本原理, 对基于硬件演化的故障自修复国内外现状作了详细的介绍, 对故障自修复中重要的步骤作了说明, 并指出了目前存在的问题和改进的方向。基于硬件演化的故障自修复必将具有广阔的前景和重大的工程应用价值。     

FPGA静电损伤容错系统设计及演化修复能力研究

为探索静电放电对可编程逻辑器件的静电损伤(ESD)效应及其防护方法,选用人体模型,并利用ESS-606AESD模拟器对CycloneⅡFPGA芯片EP2C5Q208进行了ESD注入损伤效应试验。在此基础上,以演化硬件(EHW)技术为核心构建了一个具有自修复特性的强容错电子系统,并对其进行了故障注入试验。结果表明:ESD对FPGA不造成芯片损毁,只对放电管脚及其相关逻辑单元造成损伤,未放电管脚及芯片内部绝大部分逻辑单元功能完好。同时发现,系统演化修复能力与系统故障状况间具有较为明显的规律:(1)随着系统故障量的增大,影响系统演化修复能力的主要因素从演化算法的效率逐步转变为演化修复过程中的故障"避让"概率;(2)系统的演化修复能力与故障数量符合指数衰减规律。     

演化硬件技术中时序电路的遗传算法实现

本文在讨论了EHW的运行机制的基础上,提出了一种了适合“外进化”方式的可进化的闭环结构,即基于FPGA芯片和QUARTUSⅡ开发工具的EHW平台。详细讨论了如何利用遗传算法实现时序电路,目前演化硬件的研究主要还处于理论分析、演化算法优化、软件模拟的阶段,本文将演化硬件技术应用到时序数字电路的设计中,这对于演化硬件技术及时序数字电路设计来说都是成功的探索。     

演化硬件技术及其在硬件设计中的应用

本文给出了基于演化算法和可编程逻辑器件的演化硬件的实现原理，并结合一个应用 实例加以说明，分析了该方法与传统的硬件设计方法相比的优越性，最后扼要介绍了演化硬件的研究方法以及它的应用现状和发展方向。     

基于TMR-EHW的高可靠性电机控制系统

为提高恶劣环境中控制系统的可靠性,将三模块冗余（TMR）容错与演化硬件（EHW）自修复相结合,实现基于TMR—EHW结构的现场可编程门阵列电机控制系统。该系统利用TMR快速发现和定位故障,屏蔽出错模块并保持容错运行,利用EHW进行自修复,使出错模块恢复正常工作,系统可靠性得到提高。     

复杂电磁环境中高可靠性TMR-EHW电机控制电路设计

现代战场电磁环境日趋复杂、恶劣,导致大量电子装备受扰、损伤,其可靠性受到严重影响。为了进一步提高电子装备的可靠性,以无刷直流电机系统作为工程背景,将三模块冗余容错机制、多层前馈神经网络结构、演化硬件技术3者有机结合,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的三模块冗余-演化硬件(TMR-EHW)无刷直流电机控制电路。通过实验证明:将TMR机制引入FPGA电机控制系统之中,可实现功能模块的故障自诊断,以容错运行方式保持系统正常输出,有效提高系统的可靠性;利用多层前馈神经网络结构组织FPGA中的电路资源,通过演化硬件技术实现故障后的功能自恢复。对TMR-EHW系统进行了可靠性分析,推导出该系统的可靠度计算公式。将TMR-EHW系统与单模块系统、普通TMR系统的可靠度进行了横向对比,结果表明TMR-EHW系统具有更高的可靠性和更强的适应性,证明了TMR-EHW技术的可行性与有效性。TMR-EHW电机控制电路系统能够适应并稳定工作于以较为复杂、多变的恶劣电磁环境。     

基于DSP的演化硬件独立演化系统设计

演化硬件由于具有自组织、自适应、自修复的特点而在航空航天等尖端领域有广泛的应用前景．国内对模拟型演化硬件的研究大多采用仿真研究,演化速度慢且不适合多细胞演化．本文设计了一种基于DSP的可扩展的独立演化系统,实现了演化硬件自动、高速的内部演化．     

基于SOPC的自演化硬件实现

提出了一种基于SOPC（片上可编程系统）的自演化硬件实现的设计方法,并以Virtex-ⅡPro开发板为硬件平台,内嵌的软核处理器Microblaze为控制核心.首先使用VHDL硬件描述语言设计虚拟可重构电路;然后将虚拟可重构电路定制成可进化IP核并通过OPB总线与软核处理器相连;最后在处理器上编写遗传算法程序对定制的可进化核进行进化操作,以一位加法器为例验证了自演化硬件的实现.结果表明,该方法不但可以大大简化染色体编码,便于进化操作,而且软件上操作灵活方便,硬件上又具有可定制性.     

仿生容错系统演化修复能力研究

基于演化硬件技术构建一种仿生容错系统,通过不同模式、数量的故障注入对其演化修复能力进行研究,得到系统故障状况与演化修复能力间的关系：(1)随着故障数量的增加,系统演化修复能力的主要影响因素从演化算法的效率逐步向演化修复过程中的故障“躲避”概率转移;(2)系统的演化修复能力与故障数量符合指数衰减规律。     

基于信息论的时序电路演化设计

时序电路由于存在反馈连接,因此是数字型演化硬件研究中的难点问题。为此,对时序电路的演化设计方法进行改进,提出一种针对时序电路演化的虚拟可重构平台,阐述在此平台上演化时序电路的方法。基于信息论改进电路的适应度评估方法,以目标函数和电路实测输出之间的信息熵设计适应度评估函数。实验结果表明,该方法具有较好的稳定性和全局寻优能力。