一种新的电路设计和实现方法——进化硬件

该文介绍了一种新的电路设计和实现方法——进化硬件(EHW)。概述了进化硬件的有关概念和国内外的相关研究情况,简要介绍了有关的进化算法和进化硬件的FPGA实现方法及其应用,讨论了现阶段进化硬件在实现上存在的一些问题,并对进化硬件的发展方向和应用前景进行了展望。     

基于函数级进化方法的乘法器设计

介绍了可进化硬件的基本思想，阐述了基于遗传算法和现场可编程门阵列的函数级进化方法及其特点。采用函数级进化的结构，用遗传算法实现了乘法器的设计；讨论了进化设计中影响进化速度和成功率的因素，通过设计恰当的染色体编码提高了进化速度和评估效率。     

模拟进化型Butterworth 滤波器

本文提出了一种模拟进化型硬件的结构，并以四阶Butterworth高通滤波器的进化为例，对其实效性进行了仿真和验证，这种硬件将会在精密模拟滤波器和高精度运算放大器的生产中得到应用。     

进化型硬件在有损图像压缩中的应用研究

提出了一种适用于图像压缩的进化型硬件的结构,通过仿真实验充分说明了其用于图像压缩的效果优于以往的方法。在压缩过程中以函数进化的方式,使该进化型硬件能够根据图像的特点来探索最优预测函数。由于进化单元和最优函数单元是并行工作的,而且遗传操作的大部分都由硬件完成,故压缩速度很高。仿真实验表明,当PSNR=24～30dB时,压缩比优于JPEG、Fraetal、Wavelet,最高可达201：1。     

整数级进化型硬件¹

本文提出一种以可编程整数处理单元为进化单位的FPGA结构模型，给出了函数级硬件进化的概念，并介绍了相应的遗传算法。     

内进化容错模型设计及其可靠性分析

仿照自然界的碳基生物进化过程,在FPGA内部实现了可控的硅基进化。针对电子系统常见的SA故障,提出了基于演化硬件技术的内进化容错模型,通过在FPGA内部装载Microblaze CPU和构建可重配置阵列,实现了演化硬件的片内进化。利用该模型进行了故障容错实验,检验了其有效的故障容错能力,证明该容错方法能够有效提高数字电路的可靠性。     

数字系统设计研究中的进化硬件电路及应用前景

以美国Genobyte公司的CBM为例，介绍了目前数字系统设计研究的热点，即进化硬件电路的应用研究价值、理论基础及实现的载体，并讨论了进化硬件电路有待发展的技术条件。     

进化型模拟滤波器的并行进化方法

为了提高硬件进化的速度,我们以fc=1000Hz、K=36四阶切比雪夫低通滤波器的进化为例,提出了一种并行进化方法。用6个群体同时进化,得到符合要求的电路。进化速度平均约为以往方法的四倍以上。     

模拟进化型切比雪夫跨导滤波器的研究

给出一种模拟进化型跨导滤波器的硬件结构,提出了一种改进的自适应遗传算法,构造了适合滤波器参数进化的适应度函数,有效地解决了遗传算法的全局收敛性问题和收敛速度缓慢的弊病.在高频性能比较好的跨导滤波器的设计中,采用级联法所构成的四阶切比雪夫跨导滤波器能够满足其在阻带、通带以及过渡带方面的性能要求,对其实效性进行了仿真和验证,进化的参数数值与理论结果符合得非常好.     

基于进化的电路自动设计方法

电路进化设计是可进化硬件(Evolvable:HardWare，简称EHW）研究的重要内容，即利用进化计算技术配置电路的内部结构以获得所需的电路功能。该方法的优点包括：可获得常规设计方法考虑范围以外的最佳设计；不依赖于先验知识，但仍可利用巳有的知识和经济来提高设计的频率；自动化程度高，便于实施：因此有希望替代常规设计方法，实现复杂和大规模电路的自动设计。本文简述EHW的基本概念，介绍电路进化设计的基本原理、关键技术和主要进展，讨论重要的开放问题及未来的研究方向。     

演化硬件及面向演化的VLSI可重构体系结构设计

演化硬件在环境适应性和可靠性设计上具有潜在的巨大优势。文章介绍了数字和模拟电路演化综合的原理和步骤，几类典型的演化硬件平台及其局限性，重点讨论了面向演化的VLSI可重构体系结构，最后提出了这一新兴研究领域面临的一些问题及解决方法。     

数字电路的演化设计方法

电路的演化设计方法是演化硬件研究的一个主要分支,它是开展演化硬件研究的基础,也是演化硬件得以具备自适应和自修复特性的技术前提。首先介绍了数字电路演化设计的理论基础,然后对系统开发所使用的硬件平台进行了描述,最后对电路演化设计的系统流程做了详细描述。为进一步深入到基于演化硬件的数字电路自适应和自修复技术研究打下了基础。     

一种新型的用于数字信号处理的进化硬件原胞结构

采用CORDIC算法在单一的电路体系结构下实现了具有多种算术功能的进化电路原胞。该原胞可以作为构建此类进化硬件的基本组成模块。分析表明,采用CORDIC算法的原胞具有丰富的运算能力而只消耗较少的芯片资源,可以成为一种有前途的用于数字信号处理功能级进化电路的原胞设计的方案。     

外部型数字电路进化设计研究

提出了一种在恶劣环境下实现电路系统高可靠运行的新方法.简要介绍了EHW的基本概念和工作原理,以四选一多路选择器为例阐述了电路的进化设计过程,证明了演化算法的收敛性和演化硬件理论的可行性,为最终研究硬件电路的自适应和自修复奠定了基础.     

面向深空探测的演化计算机的概念探讨

通过对国际航天领域有关演化硬件研究成果和方法的深入分析，结合深空探测任务需求和环境条件的特殊性，从智能系统的三层体系结构入手，定义了演化计算机的概念，并针对图像处理中匹配应用要求，搭建了一个演化计算机结构框架。     

模拟型演化硬件中可重构器件的比较研究

演化硬件的研究者受困于满足可演化要求的灵活可重构硬件平台的匮乏.一方面,虽然现有商用可重构平台多数具有动态可局部重构能力,但是其设计目的不是用来研究演化硬件的.另外一方面,用户定制的面向演化硬件研究的芯片没有商用化,而且也不太可能在最近走向商用市场.本文研究了两类用来进行模拟演化硬件研究的可重构器件:商用的现场可编程模拟阵列和用户定制的现场可编程三极管阵列.通过比较研究,作者认为在FPTA类定制用于演化的可重构平台商用化之前,在FPAA平台上开展EHW的研究是有意义的,因为FPAA已经具有充分灵活的重构接口和充足的可重配置资源.     

基于演化硬件的海鲜物流保鲜系统设计

针对海鲜运输中的人工保鲜的问题,利用无线的基于演化硬件（evolvablehardware,EHW）传感器技术和GPRS技术设计了一个海鲜运输途中的智能保鲜系统,该系统可以通过传感器模块实时的采集海鲜的温湿度信息,并通过GPRS网络进行数据信息的上传,在远程控制中心接收到的数据信息进行有效的信息分析处理,再控制模式库中进行模式匹配操作。然后对运输中的相应活海鲜做出有效的保鲜措施。该系统采用基于演化硬件技术改进的AM2301温湿度传感器模块作为信息采集模块,利用CC2530作为无线发射模块,整个系统实时性高,能够科学有效地解决海鲜在运输中的保鲜问题。     

Promises and challenges of evolvable hardware

Evolvable hardware (EHW) has attracted increasing attention since the early 1990s with the advent of easily reconfigurable hardware, such as field programmable gate arrays (FPGAs). It promises to provide an entirely new approach to complex electronic circuit design and new adaptive hardware. EHW has been demonstrated to be able to perform a wide range of tasks, from pattern recognition to adaptive control. However, there are still many fundamental issues in EHW that remain open. This paper reviews the current status of EHW, discusses the promises and possible advantages of EHW, and indicates the challenges we must meet in order to develop practical and large-scale EHW     

可重构可演进的网络功能创新平台

随着互联网的发展,新的网络体系和网络协议不断涌现。但由于传统网络设备硬件固化,限制了新型网络的试验和部署。针对此问题,提出了一种可重构可演进的网络功能创新平台,通过在软件平面对网络功能进行组合编排,完成了服务能力对业务需求的适应;然后,在硬件平面使用可配置可组合的元操作单元作为数据处理单元,实现了底层处理流程对上层功能的自适应承载;最后,结合两个应用案例分析了该平台的应用前景。