適合于硬件進化的FPGA平臺設(shè)計實現(xiàn).pdf

1、可進化硬件(EHW)是指硬件能夠通過與環(huán)境的交互作用自適應(yīng)地和動態(tài)地改變和調(diào)整自身的結(jié)構(gòu)和行為,其研究思路是在可重配置的硬件平臺上模擬自然進化的過程。可進化硬件硬件系統(tǒng)在電路設(shè)計、自動控制、容錯系統(tǒng)、模式識別與人工智能、機器人、太空和深海探索等領(lǐng)域?qū)⒂兄鴺O其廣泛的應(yīng)用前景。本文總結(jié)了可進化硬件研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,分析了目前研究中使用的可進化硬件平臺的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)缺點,著重分析了基于FPGA硬件進化各種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。首先,本文根據(jù)硬件進化的原

2、理,研究了硬件進化在電路設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用。本文通過2個硬件進化實例設(shè)計并實現(xiàn),分別在基于FPGA的門級和函數(shù)級硬件進化方面做了一些探索。在門級進化方面,提出了一種基于LUT的VRC模型,通過對3到5輸入LUT的LUT-VRC模型進行了系統(tǒng)的比較分析,得到了一種最佳的基于3輸入LUT的VRC結(jié)構(gòu)模型;函數(shù)級進化研究方面,本文提出了一種新型針對圖像濾波器應(yīng)用硬件進化單元結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)進化出的濾波器能夠很好的濾除圖像中的高斯噪聲和椒鹽噪聲。其次,

3、根據(jù)針對現(xiàn)有FPGA硬件進化平臺的缺點,采用0.13um工藝設(shè)計并實現(xiàn)了一種適合進化的CPU+FPGA可重構(gòu)平臺芯片。FPGA方面,邏輯單元設(shè)計中采用了4SLICE組合成一個CLB結(jié)構(gòu),加強了SLICE之間的資源復(fù)用和資源共享,SLICE內(nèi)部實現(xiàn)了SOP功能擴展,提高了SLICE對多輸入邏輯的支持?；ヂ?lián)資源方面,采用了新一代的主動互聯(lián)架構(gòu)技術(shù),實現(xiàn)各種IP單元通過統(tǒng)一接口融入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)資源采用了全驅(qū)動(Full Buffer)方式構(gòu)

4、建開關(guān)矩陣,增加了時序性能和時序可預(yù)測性。CPU部分采用了IBM公司32位開源處理器核Power PC405軟核,FPGA和CPU之間設(shè)計異步FIFO和共享雙口RAM接口,通過中斷驅(qū)動方式進行數(shù)據(jù)通信。該芯片從3個方面針對硬件進化設(shè)計,加快硬件進化速度。第一是針對硬件進化過程中每次只有少量位流改變的情況,減少重配置位流粒度,FPGA的位流配置結(jié)構(gòu)采用了行列雙譯碼方式,可以以1bit為單位對FPGA進行配置讀寫,大大提高了部分重配置速度。