收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

适合于硬件进化的FPGA平台设计实现

陈利光  
【摘要】: 可进化硬件(EHW)是指硬件能够通过与环境的交互作用自适应地和动态地改变和调整自身的结构和行为,其研究思路是在可重配置的硬件平台上模拟自然进化的过程。可进化硬件硬件系统在电路设计、自动控制、容错系统、模式识别与人工智能、机器人、太空和深海探索等领域将有着极其广泛的应用前景。 本文总结了可进化硬件研究领域的研究现状,分析了目前研究中使用的可进化硬件平台的结构特点和优缺点,着重分析了基于FPGA硬件进化各种实现结构。 首先,本文根据硬件进化的原理,研究了硬件进化在电路设计领域的应用。本文通过2个硬件进化实例设计并实现,分别在基于FPGA的门级和函数级硬件进化方面做了一些探索。在门级进化方面,提出了一种基于LUT的VRC模型,通过对3到5输入LUT的LUT-VRC模型进行了系统的比较分析,得到了一种最佳的基于3输入LUT的VRC结构模型;函数级进化研究方面,本文提出了一种新型针对图像滤波器应用硬件进化单元结构,该结构进化出的滤波器能够很好的滤除图像中的高斯噪声和椒盐噪声。 其次,根据针对现有FPGA硬件进化平台的缺点,采用0.13um工艺设计并实现了一种适合进化的CPU+FPGA可重构平台芯片。FPGA方面,逻辑单元设计中采用了4 S LICE组合成一个CLB结构,加强了SLICE之间的资源复用和资源共享,SLICE内部实现了SOP功能扩展,提高了SLICE对多输入逻辑的支持。互联资源方面,采用了新一代的主动互联架构技术,实现各种IP单元通过统一接口融入互联网络。互联资源采用了全驱动(Full Buffer)方式构建开关矩阵,增加了时序性能和时序可预测性。CPU部分采用了IBM公司32位开源处理器核PowerPC405软核,FPGA和CPU之间设计异步FIFO和共享双口RAM接口,通过中断驱动方式进行数据通信。 该芯片从3个方面针对硬件进化设计,加快硬件进化速度。第一是针对硬件进化过程中每次只有少量位流改变的情况,减少重配置位流粒度,FPGA的位流配置结构采用了行列双译码方式,可以以1bit为单位对FPGA进行配置读写,大大提高了部分重配置速度。第二专门设计FPGA配置控制接口,可以实现通过CPU对FPGA进行快速部分配置,实现单芯片(on chip)硬件进化。第三,针对遗传算法需要大量随机数特点,专门设计随机数模板发生器和交叉加速器,以实现遗传算法硬件加速,比软件实现提高了4倍以上。 该芯片采用SMIC 0.13uM工艺进行流片,FPGA模块采用全定制设计,CPU和配置控制器部分采用标准SYNOPSYS流程实现,最后手工拼接,芯片面积4.5×6.2mm。


知网文化
【相似文献】
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 龚健;杨孟飞;;硬件进化系统的容错性研究[A];第十四届全国容错计算学术会议(CFTC'2011)论文集[C];2011年
2 龚健;杨孟飞;;可进化硬件在PLD上实现方法的探讨[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
3 龚健;杨孟飞;;可编程逻辑器件上实现可进化硬件的容错原理分析[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
4 窦建华;张军;赵烨;;基于EHW的电路进化设计方法的研究[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
5 易燕;周晖;肖琦;;自适应变异参数控制硬件进化[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
6 杨益;方潜生;汪力君;;基于Handel-C的数字芯片的设计方法研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈利光;适合于硬件进化的FPGA平台设计实现[D];复旦大学;2009年
2 张泽明;人工免疫算法及其应用研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 杨华秋;可进化硬件平台研究[D];复旦大学;2011年
2 宋学坤;基于可进化硬件的传感器基础研究[D];广西大学;2007年
3 肖莎;基于神经网络集成的进化机器人行为方法研究[D];山东大学;2007年
4 刘昌庆;基于FPGA的硬件进化研究[D];江南大学;2008年
5 卜海祥;基于FPGA的可进化系统的设计与研究[D];复旦大学;2010年
6 刘少腾;基于FPGA的功能级可进化和NOC架构多核处理器系统的研究[D];复旦大学;2010年
7 王晓艳;基于SystemC的进化硬件技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 特约作者 闫宝;数码新节能时代[N];电脑报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978