基于演化硬件的容错电路设计与实现

在讨论了电磁仿生和演化硬件内进化运行机制的基础上,引进虚拟可重构电路技术,完成了演化平台的设计和容错电路的实现;在传统CGP模型上改进加入(1+λ)演化策略,采用内进化方式,在注入部分虚拟固定故障的条件下,实现了2位乘法器容错电路的演化生成,多次实验得出的平均演化代数约在11000代左右;从而为研究电路的在线演化和自修复工作提供有效的技术支持,为提高电子系统在复杂电磁环境下的抗扰和防护能力提供了新的途径。     

基于进化算法的硬件演化基础研究

演化硬件研究将进化思想应用于电子系统内部结构的设计和调整,以实现硬件电路的自组织、自适应和自修复,从而提高系统的可靠性.介绍演化硬件的概念、基本原理和实现方法,指出目前研究存在的主要问题,给出进一步研究的设想与建议.     

演化电路的故障自修复设计与实现

为进一步提高电子系统在恶劣环境下的生存能力,对采用虚拟可重构电路(VRC)技术的演化电路进行电路自修复研究。根据VRC技术,建立一个可用于数字电路演化的门级电路模型,设计二进制的染色体编码。给出实现电路自主修复的工作流程,探讨进行电路故障诊断和修复的途径。在直流无刷电机控制电路中模拟宇宙单粒子烧毁逻辑门产生常见的SA错误,使电机不能正常运转。通过在线演化方法,绕过错误单元使得电机恢复转动。实验结果证明,使用演化方法可以有效解决电路中的SA故障,提高电路的可靠性。     

嵌入式系统门级在线自修复技术研究

为保证复杂电磁环境下嵌入式系统的安全运行,提出一种通用嵌入式系统在线故障自修复模型。基于ARM处理器和商业FPGA芯片实现原型试验系统,借鉴生物系统在遭受一定损伤时能自行康复的特点,结合仿生硬件领域中的内进化试验方法,在原型系统上设计重配置执行单元的门级冗余拓扑结构和自律控制单元的演化修复算法。利用马尔可夫模型评价系统的可靠性与稳态可用度。结果表明,在随机电磁损伤事件频繁发生并导致电路功能故障时,该系统能保持较高的可用度和安全性。     

适用于演化硬件的遗传算法

为提高演化硬件在演化过程中的收敛速度,实现复杂的演化硬件,研究以Xilinx公司的Virtex-5 Pro系列开发板作为硬件平台的基于SOPC的自演化系统.分析简单遗传算法与量子遗传算法对种群的适应度以及收敛速度的影响;实验中通过全加器电路和2位乘法器电路实现了自演化系统的验证.结合实例,对2种算法分别进行仿真,仿真结果表明,相对于标准遗传算法而言,量子遗传算法效率更高、更适应于进化复杂的大规模电路.     

基于独立演化系统的演化硬件实验

演化硬件是指能利用进化算法实现自修复和自适应的硬件。融合了电路自动设计、可重构硬件、人工智能和自治系统等相关内容它不仅是一种具有自适应与自修复特性的仿生物态硬件电路,是新兴的仿生电子学的主要研究内吝之一,而且是一种新颖的硬件设计思想与方法。该文设计了一种基于FPTA的DSP独立演化系统,并对外部演化结果进行下载测试,实现了对外部演化结果的检验通过测试证明该演化系统适用于FPTA单细胞或多细胞演化实验。     

基于FPGA的故障修复演化技术研究

演化硬件的自修复特性能够有效解决电路系统的可修复性故障,但演化硬件存在电路演化速度慢、演化成功率不高的缺陷,如何在修复约束期限内完成电路演化成为关键难点。提出一种基于演化硬件的实时系统容错架构,通过建立故障树实时监测电路故障,利用故障补偿机制维持系统正常运行,并采用演化硬件技术修复电路故障,实现故障的在线实时修复。采用FPGA构建容错系统测试环境,通过随机故障注入对比验证不同演化算法的自修复能力,实验结果表明,在实时性约束下故障电路的修复率达到95%,有效提升了系统的稳定性和可靠性。     

基于独立演化系统的演化硬件实验

演化硬件是指能利用进化算法实现自修复和自适应的硬件。融合了电路自动设计、可重构硬件、人工智能和自治系统等相关内容。它不仅是一种具有自适应与自修复特性的仿生物态硬件电路,是新兴的仿生电子学的主要研究内容之一,而且是一种新颖的硬件设计思想与方法。该文设计了一种基于FPTA的DSP独立演化系统,并对外部演化结果进行下载测试,实现了对外部演化结果的检验。通过测试证明该演化系统适用于FPTA单细胞或多细胞演化实验。     

基于可重构模拟细胞阵列的进化电路研究

进化电路具有自组织、自适应和自修复的特性,在航空航天领域具有重大应用价值;阐述了模拟可进化电路的基本原理,分析了基于现场可编程晶体管细胞阵列FPTA（Field Programmable Transistor Array）的可进化模拟电路体系结构与电路原理,提出了基于单染色体进化策略的模拟细胞阵列进化方法;建立了FPTA细胞电路的数学仿真模型,开发了模拟细胞电路进化研究仿真平台;以带通滤波器电路作为进化实例,讨论了进化实验结果,实验结果表明：新型FPTA细胞阵列电路能够通过进化得到带通滤波器电路,所设计的细胞电路是正确的,进化方案是有效的.     

基于演化硬件的电路自重构修复方法

演化硬件是当前解决系统设计复杂度和系统可靠性这一矛盾最有潜力的技术.它是通过融入演化机制来实现电子系统的实时自重构,并具备了自组织、自适应和自修复的特性,这为硬件容错技术开辟了一条崭新的途径.目前演化硬件主要采用对自身整体结构的重配置或者对局部结构的重配置来实现系统的自修复.本文提出了一种数字电路的自重构修复方法,该方法能够以消耗少量的冗余资源为代价获取良好的容错性能.通过实验证明了此演化设计方法运用到容错系统设计中的可行性和有效性.