王平均，覃 楨（海南軟件職業(yè)技術學院，海南瓊海，571400）

?

基于遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究

王平均，覃 楨
（海南軟件職業(yè)技術學院，海南瓊海，571400）

摘要：本文通過介紹電子設計自動化技術，演化硬件，遺傳程序設計三個概念，并且從基于遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究中來還找尋三者的關系，并且分析遺傳程序設計的算法思想及實現的方式，并將其運用到數字電路的自動化設計中去。

關鍵詞：電路設計自動化；遺傳程序設計；演化硬件

0 引言

進入二十一世紀以來，整個社會進入了一個科技高度發(fā)展的時期，在這個時期各個領域的科技都得到了一個高速的發(fā)展，其中在二十一世紀發(fā)展最為迅速的是計算機科學技術，計算機的發(fā)展變得非常的快，已經達到了滲透到人們生活中的各個領域的地步，在這其中，電子設計自動化技術都得到了一個很廣泛的發(fā)展，并且隨著計算機科學技術的發(fā)展，電子設計自動化技術變得更加的高級，更加的有效。電子設計自動化技術成了電子技術發(fā)展的趨勢。電子設計自動化技術帶給了電子技術在發(fā)展過程中非常多的便利，設計者可以利用電子設計自動化技術來完成在電子系統(tǒng)設計中要完成的大部分工作，帶來了非常多的便利，從而被廣泛的應用，電子設計自動化技術被廣泛應用的同時也得到了高速的發(fā)展，但是在發(fā)展的過程中也遇到了瓶頸，由于現在的人們對于電路的要求變得更加的復雜化，而且其中對于演化硬件的研究仍然還存在一些瓶頸，如何將電子設計自動化技術和演化硬件進行妥善的結合，并且在遺傳程序設計過程中利用演化硬件和電子設計自動化技術來設計一個算法，來提高演化設計的速度，并且使得數字電路的設計也變得更加的完善。

1 電子設計自動化技術

電子設計自動化技術是將計算機技術應用于電子設計過程中而形成的一門新技術，簡稱為EDA，電子設計自動化技術被廣泛應用于電子電路的設計和仿真，集成電路的版圖設計、印刷電路板的設計和可編程器件的編程等各項工作中。電子設計自動化技術在被廣泛應用的同時，仍然存在著很多的不成熟的地方。比如在模擬集成電路以及混合電路設計自動化的發(fā)展尚不成熟，最近幾年來，電子設計自動化（EDA）技術的發(fā)展帶給數字系統(tǒng)設計帶來了革命性的變化。電子設計自動化技術主要包含的應用技術有EDA軟件設計工具、硬件描述語言、可編程邏輯器件（PLD）。這些工具的發(fā)展使得電子設計自動化技術變得更加的方便和普及，也使得電子設計自動化技術在計算機科學技術的應用變得更加的廣泛。

2 演化硬件

演化硬件，簡稱EHW，它主要是仿照自然界中生物的進化過程，在現有的FPGA芯片的基礎上實現可以控制的硅基進化過程，演化硬件進行演化設計的主要實現方法是將電路的結構、參數等項內容作為染色體加以編碼并施加交叉、變異等演化操作。電路的輸人一輸出特性與預期結果的符合程度來作為個體的適應度，來指導下一步的演化操作。經過反復的操作來逐步通過計算找到符合要求的個體，來達到最終電路的實現。演化硬件可以進行演化設計，進行設計的結果是能夠對集成電路芯片中可以進行重新配置的邏輯單元進行重新配置和重新組合，而且利用演化硬件可以使得系統(tǒng)的體系結構、連接方式都可以得到改變。對系統(tǒng)的體系結構連接方式進行局部的變更，或者是進行整體的調整。在進行遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究中，演化硬件在其中占據了一個很重要的地位，使得遺傳程序電路的設計變得更加的直觀，同時也使得更加的適合調整，因此受到了廣泛的應用，也受到了廣泛的發(fā)展。

3 遺傳程序設計

遺傳程序設計也簡稱為基因編程或者是GP ，這是一種基于生物進化過程的自動化生成和選擇計算機程序來完成用戶定義的任務的技術，遺傳程序設計在理論上可以通過利用計算機進行遺傳編程，可以實現人工智能。而且也有可能會實現真正意義上的人工智能，遺傳程序設計是一種特殊的利用進化算法的機器學習技術， 廣泛意義講，一群隨機產生的千萬個計算機程序，根據一個程序給定的任務完成能力來確定某個程序的最適合度，利用達爾文的自然選擇準則來選擇出中最適合的程序，計算機程序之間也會進行模擬兩性的組合，變異，基因復制，基因刪除等進化過程，直到進化到預定的某個終止條件。利用遺傳程序設計在某種意義上可以達到真正的人工智能，對于未來很長一段時間中，人們在遺傳學方面的發(fā)展具有非常重要的作用。

4 基于遺傳程序設計的數字電路演化

在進行遺傳程序設計的數字電路演化過程中時，演化硬件的應用在這其中占據很重要的一點，而演化硬件在應用的過程中需要解決的問題有編碼方案問題，演化算子和適應值評估方法等幾個問題。其中編碼方案問題是演化硬件程序設計中比較重要的一個方面。在演化硬件進行編碼方案的時候，經常被普遍使用的兩個方法有，第一個是用決定可編程器件或電路內部結構的配置位串，用來作為染色體加以二進制編碼，用位串來代表一些門級的電路，這種方法被稱為直接編碼，另一種方法是將反映電路結構和參數的樹或語法等作為染色體，被稱為間接編碼。但是在這幾年中隨著電子設計自動化技術的發(fā)展，硬件描述語言被作為一種描述硬件結構的工具廣泛的使用。因此，我們可以利用下列公式，遺傳程序設計+硬件描述語言=演化硬件來實現一個基于演化硬件的軟硬件協(xié)同設計平臺。并且為了提高演化的速度，將待演化的電路劃分為若干個結構簡單、功能單一的模塊，在每個模塊上都有若干個輸入，但一般只有一個輸出。通過將這些模塊的輸入輸出連接起來，即構成了一個完整的電路。通過利用遺傳程序設計來演化模塊內部的結構，通過演化模塊之間的連接，從而實現了并行演化的效果，提高了演化速度，并使演化的結果具有更多的可能性，最后也使演化出的解向最優(yōu)的電路進一步靠近。

5 結語

基于遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究過程中，電子設計自動化技術，演化硬件技術，以及遺傳程序設計技術的三者結合在一起，相互引用，相互配合，從何使得基于遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究過程更加的簡便，也更加的易于理解。

參考文獻

［1］張振林.基于遺傳程序設計的數字電路設計自動化研究［D］.武漢大學，2004.

［2］鄭道明，許雪瑩.數字電路電子設計自動化實驗課程的研究［J］.實驗室研究與探索，2005，24（1）：58-59，62.

［3］鄭貴金，溫淑珍，冷廷武等.數字電路電子設計自動化實驗課程的研究 --高校實驗室培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的途徑研究與實踐［J］.綏化學院學報，2006，26（2）：167-168.

［4］劉大有，盧奕南，王飛等.遺傳程序設計方法綜述［J］.計算機研究與發(fā)展，2001，38（2）：213-222.

［5］王小平，曹立明，顧紹元等.遺傳程序設計及其在符號回歸問題中的應用［J］.同濟大學學報（自然科學版），2001，29（10）：1200-1204.

作者簡介

王平均 1979.11，新疆烏蘇人，海南軟件職業(yè)技術學院，電子技術講師，主要研究電子技術，圖像處理方面。

覃楨1986.3海南軟件職業(yè)技術學院，海南瓊海，電子技術講師，主要研究電子技術.

Digital circuit design based on genetic programming automation research

Wang Pingjun，Qin Zhen
（Hainan software professional technology institute Hainan qionghai，571400）

Abstract：In this paper through the introduction of electronic design automation technology，evolvable hardware，genetic programming three concepts，and from the digital circuit design based on genetic programming automation in the study is to find the relationship between the three，and analyze the algorithm of genetic programming thought and realization way，and applied it to the automation design of digital circuit.

Keywords：circuit design automation；genetic programming；the evolution of hardware