基于SystemC的进化硬件技术研究

摘要

进化硬件能根据环境变化而改变自身结构，以适应其生存环境。实现能够自演化的进化硬件系统是进化硬件付诸工程应用的重要途径。近年来，片上系统因其高效集成性能而成为微型计算机系统的研究热点。因此，将进化控制和可重构硬件在一个芯片中实现，并进一步构成能够自适应和自修复的片上自演化系统，具有重要意义与研究价值。SystemC作为一种优秀的系统设计描述语言，可完成从系统到寄存器传输级、从软件到硬件、从设计到验证的全部设计过程。本文研究了使用SystemC建模实现片上自演化系统的关键技术，主要内容如下： （1）分析了进化硬件的研究现状、基本原理、关键技术及分类方法，给出了其搜索工具——遗传算法的基本操作流程。选用SystemC语言作为开发语言，给出了基于SystemC的系统级设计步骤，介绍了SystemC的仿真和调试环境，说明了使用SystemC建模的过程。 （2）研究了片上自演化系统实现方案和总体结构，分析了系统各模块之间的关系。使用SystemC对自演化系统的关键模块——精简指令计算机（RISC CPU）和遗传算法模块进行了建模，并在SystemC_Win环境下，对程序进行了仿真。给出了RISC CPU的指令系统以及RISC CPU和遗传算法模块的代码实现。 （3）在所建RISC CPU和遗传算法模型上，分别以二阶低通切比雪夫滤波器参数和分类器分类规则的进化为例，验证了方案的可行性。给出了二阶低通切比雪夫滤波器的模型、传递函数和设计步骤。通过仿真得到了滤波器的优化参数，对仿真结果进行了分析，并进一步分析了遗传算法控制参数对实验结果的影响。给出了分类规则进化的实现方案，以ID3算法产生初始规则集作为初始种群，在所建模型上进化得出更优的规则集，仿真结果表明优化后规则集的复杂度明显下降。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪 论

第二章 进化硬件与遗传算法

第三章 SystemC 开发基础

第四章 自演化系统结构及其关键模块的SystemC 建模

第五章 系统验证

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文