電子電路設(shè)計(jì)的創(chuàng)新路徑分析

王鵬

【摘要】隨著新時(shí)期的發(fā)展，科學(xué)與生物學(xué)緊密的結(jié)合下，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)更是迅猛發(fā)展，新的電子電路設(shè)計(jì)隨著環(huán)境的改變、時(shí)間的推移，它也在與時(shí)俱進(jìn)，顯示出其強(qiáng)大的適應(yīng)性和優(yōu)越性，筆者在本文中對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的創(chuàng)新路徑進(jìn)行深入的分析，以期獲得一條設(shè)計(jì)電子電路的新途徑

【關(guān)鍵詞】電子電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新路徑分析

科技的不斷提高下，電子產(chǎn)品的輻射范圍越來越大，其已經(jīng)可以成為一個(gè)國家現(xiàn)代化、信息化的重要標(biāo)志。電子工業(yè)領(lǐng)域中的許多技術(shù)的到廣泛應(yīng)用，如：數(shù)字技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、光纖技術(shù)和激光技術(shù)等。在文中，筆者主要對(duì)可進(jìn)化硬件EHW的本機(jī)制和一些技術(shù)進(jìn)行了分析，然后在高可靠性電子電路中使用這種技術(shù)進(jìn)行了分析。

1.EHW的機(jī)理及相關(guān)技術(shù)

目前，世界上最精密的生物系統(tǒng)就是人體，人體基因隨時(shí)間變化不斷的進(jìn)化著，因此人體就可以在細(xì)胞病變之前診斷出，并且治愈。由此，科學(xué)家們開發(fā)出了可進(jìn)化硬件。

1.1現(xiàn)場可編程邏輯陣列

現(xiàn)場可編程邏輯陣列是根據(jù)可在線編程是一個(gè)邏輯電路。開展工作的時(shí)候需要編程RAM設(shè)置現(xiàn)場邏輯陣列的功能。用戶使用原理圖或硬件對(duì)邏輯電路進(jìn)行語言描述，然后開發(fā)軟件編輯出數(shù)據(jù)流，最后把數(shù)據(jù)流存在RAlD里。也就是說上述的數(shù)據(jù)流決定了電路的邏輯關(guān)系。斷電后的FPGA是白條狀的，也就是說里面的邏輯關(guān)系沒有了，所以需要灌輸不同的數(shù)據(jù)流才可以獲得不同的硬件系統(tǒng)，這一大特色也是實(shí)現(xiàn)EHW的一個(gè)特征。

1.2遺傳算法

遺傳算法模擬自然中生物的遺傳和進(jìn)化過程，是一種適應(yīng)全局的優(yōu)化算法。它把要解決的問題進(jìn)行編碼，而可行解用字符串表示，這種物種進(jìn)化理論對(duì)應(yīng)在人體就是染色體或個(gè)體。隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)體---種群，他們是假設(shè)解。這些假設(shè)的解決方案放在解決問題的環(huán)境下，對(duì)選擇個(gè)體解得滿意度或競爭機(jī)制經(jīng)過不同遺傳操作，對(duì)原種群的下一代或個(gè)體較差的進(jìn)行替代，一直進(jìn)化下去，直到出現(xiàn)滿足的條件，最后用最優(yōu)解，解決問題。

2可進(jìn)化電路設(shè)計(jì)環(huán)境

上述的硬件以及軟件可以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)化電子電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境對(duì)于測試和FPGA構(gòu)架的硬件配置非常有用。遺傳算法包、FPGA開發(fā)系統(tǒng)板、用于數(shù)據(jù)采集的硬件以及進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)的軟件、用戶界面程序和電路仿真軟件都是設(shè)計(jì)環(huán)境的內(nèi)容。

遺傳算法可以通過一個(gè)能夠?qū)蚪M進(jìn)行進(jìn)化計(jì)算的程序包在計(jì)算機(jī)上的使用來實(shí)現(xiàn)。硬件描述染色體是從計(jì)算機(jī)上下載下來的，需要借助通信電纜下載到FPGA器件上。接著借助口傳將布線產(chǎn)生的結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)上。有些對(duì)軟件和硬件做的適應(yīng)度評(píng)價(jià)是以儀器的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)的，硬件通過接口碼與遺傳算法進(jìn)行連接，就可以很好的實(shí)現(xiàn)評(píng)估。并且還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)用戶界面，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的結(jié)果及出自俺的問題直觀的顯現(xiàn)出來。遺傳算法可以在每一代的染色體組中產(chǎn)生下一代新的染色體組，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以數(shù)據(jù)的形式輸人到實(shí)驗(yàn)板上，進(jìn)而展開研究。通過SPICE這樣的電路仿真軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的進(jìn)化，相應(yīng)的就會(huì)將染色體變成仿真軟件中的染色體，做仿真運(yùn)行，再經(jīng)過軟件的評(píng)估設(shè)計(jì)的結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生。

3對(duì)電子電路設(shè)計(jì)架構(gòu)進(jìn)行進(jìn)化

（1）初步方案需要在遵循設(shè)計(jì)目的的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，借助一組染色體（0和1的數(shù)據(jù)串）進(jìn)行表示，而設(shè)計(jì)的各個(gè)部分則借助一個(gè)個(gè)的個(gè)體來代表。硬件系統(tǒng)的構(gòu)建需要對(duì)染色體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成控制數(shù)據(jù)并下載到FPGA上，從新定義FPGA開關(guān)，進(jìn)而明確硬件單元內(nèi)的重建聯(lián)接。FPGA器件的硬件在進(jìn)化設(shè)計(jì)方面具有很多的優(yōu)勢，既可以接受任何組合的數(shù)據(jù)流下載，并且還能保證設(shè)備的完好無損。

（2）對(duì)新個(gè)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)要保證是在適應(yīng)度的基礎(chǔ)上，并且個(gè)體的選擇也要以統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為依據(jù)。在同一部分選擇出的個(gè)體必須要保存其原有的狀態(tài)，除此之外的個(gè)體就需要依據(jù)遺傳算法做相應(yīng)的修改，例如為了保證下一代具有更高水平的適應(yīng)性，就可以對(duì)其進(jìn)行交叉和變異。接著就需要對(duì)硬件進(jìn)行進(jìn)化，需要先將下一代染色體轉(zhuǎn)化為控制數(shù)據(jù)流，再將控制數(shù)據(jù)流下載到FPGA上。

（3）對(duì)比設(shè)計(jì)結(jié)果與之前的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以錯(cuò)誤的表象作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)度進(jìn)行描述。而在該過程中檢測和評(píng)價(jià)都需要借助于軟件來進(jìn)行。為了產(chǎn)生最優(yōu)秀的下一代個(gè)體，就需要對(duì)個(gè)體依據(jù)適應(yīng)度進(jìn)行排位，保證這一代中選出的個(gè)體是最好的。

（4）不斷地對(duì)產(chǎn)生新一代的工序哦程序進(jìn)行重復(fù)，直到產(chǎn)生的新個(gè)體的適應(yīng)能能夠與所需的適應(yīng)能相適應(yīng)。

4結(jié)語

從廣義角度而言，我們可以以復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化系統(tǒng)來看待一般的進(jìn)化過程。從這一點(diǎn)看，將“可進(jìn)化”的特征應(yīng)用在大量的人工系統(tǒng)中，系統(tǒng)的性能就會(huì)受到來自于外界環(huán)境的干擾。除了進(jìn)化系統(tǒng)，遺傳算法還可以利用在胚胎工程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。利用可進(jìn)化設(shè)計(jì)出的軟件并不是完善的，還存在很多類似于系統(tǒng)魯棒性這樣的問題，即便如此，但筆者仍相信不久之后，可進(jìn)化設(shè)計(jì)方法必定會(huì)取代傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)方法，復(fù)雜度也將不會(huì)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的妨礙。除此之外，系統(tǒng)具有復(fù)雜且變化多樣的環(huán)境，在這樣的環(huán)境中硬件具有自重構(gòu)能力，正是這一能力能夠在很大程度上影響到人不能夠直接參與的系統(tǒng)工作。所以，本研究將不斷地進(jìn)行深入，使可進(jìn)化硬件技術(shù)逐漸走向成熟，并在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用，為人們的生活提供更多的便利。

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