電子電路設計的創新路徑分析

王鵬

【摘要】隨著新時期的發展，科學與生物學緊密的結合下，計算機技術與電子技術更是迅猛發展，新的電子電路設計隨著環境的改變、時間的推移，它也在與時俱進，顯示出其強大的適應性和優越性，筆者在本文中對電子電路設計的創新路徑進行深入的分析，以期獲得一條設計電子電路的新途徑

【關鍵詞】電子電路設計創新路徑分析

科技的不斷提高下，電子產品的輻射范圍越來越大，其已經可以成為一個國家現代化、信息化的重要標志。電子工業領域中的許多技術的到廣泛應用，如：數字技術、衛星技術、光纖技術和激光技術等。在文中，筆者主要對可進化硬件EHW的本機制和一些技術進行了分析，然后在高可靠性電子電路中使用這種技術進行了分析。

1.EHW的機理及相關技術

目前，世界上最精密的生物系統就是人體，人體基因隨時間變化不斷的進化著，因此人體就可以在細胞病變之前診斷出，并且治愈。由此，科學家們開發出了可進化硬件。

1.1現場可編程邏輯陣列

現場可編程邏輯陣列是根據可在線編程是一個邏輯電路。開展工作的時候需要編程RAM設置現場邏輯陣列的功能。用戶使用原理圖或硬件對邏輯電路進行語言描述，然后開發軟件編輯出數據流，最后把數據流存在RAlD里。也就是說上述的數據流決定了電路的邏輯關系。斷電后的FPGA是白條狀的，也就是說里面的邏輯關系沒有了，所以需要灌輸不同的數據流才可以獲得不同的硬件系統，這一大特色也是實現EHW的一個特征。

1.2遺傳算法

遺傳算法模擬自然中生物的遺傳和進化過程，是一種適應全局的優化算法。它把要解決的問題進行編碼，而可行解用字符串表示，這種物種進化理論對應在人體就是染色體或個體。隨機產生一個個體---種群，他們是假設解。這些假設的解決方案放在解決問題的環境下，對選擇個體解得滿意度或競爭機制經過不同遺傳操作，對原種群的下一代或個體較差的進行替代，一直進化下去，直到出現滿足的條件，最后用最優解，解決問題。

2可進化電路設計環境

上述的硬件以及軟件可以在設計系統環境下進化電子電路設計。系統的設計環境對于測試和FPGA構架的硬件配置非常有用。遺傳算法包、FPGA開發系統板、用于數據采集的硬件以及進行適應度評價的軟件、用戶界面程序和電路仿真軟件都是設計環境的內容。

遺傳算法可以通過一個能夠對基因組進行進化計算的程序包在計算機上的使用來實現。硬件描述染色體是從計算機上下載下來的，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生的結果輸入到計算機上。有些對軟件和硬件做的適應度評價是以儀器的數據采集為基礎的，硬件通過接口碼與遺傳算法進行連接，就可以很好的實現評估。并且還會出現一個用戶界面，能夠將設計的結果及出自俺的問題直觀的顯現出來。遺傳算法可以在每一代的染色體組中產生下一代新的染色體組，并對其進行轉換，以數據的形式輸人到實驗板上，進而展開研究。通過SPICE這樣的電路仿真軟件來實現對電子電路設計的進化，相應的就會將染色體變成仿真軟件中的染色體，做仿真運行，再經過軟件的評估設計的結果就會產生。

3對電子電路設計架構進行進化

（1）初步方案需要在遵循設計目的的基礎上產生，借助一組染色體（0和1的數據串）進行表示，而設計的各個部分則借助一個個的個體來代表。硬件系統的構建需要對染色體進行轉換，轉換成控制數據并下載到FPGA上，從新定義FPGA開關，進而明確硬件單元內的重建聯接。FPGA器件的硬件在進化設計方面具有很多的優勢，既可以接受任何組合的數據流下載，并且還能保證設備的完好無損。

（2）對新個體進行統計時要保證是在適應度的基礎上，并且個體的選擇也要以統計結果作為依據。在同一部分選擇出的個體必須要保存其原有的狀態，除此之外的個體就需要依據遺傳算法做相應的修改，例如為了保證下一代具有更高水平的適應性，就可以對其進行交叉和變異。接著就需要對硬件進行進化，需要先將下一代染色體轉化為控制數據流，再將控制數據流下載到FPGA上。

（3）對比設計結果與之前的設計目標，以錯誤的表象作為標準對系統的適應度進行描述。而在該過程中檢測和評價都需要借助于軟件來進行。為了產生最優秀的下一代個體，就需要對個體依據適應度進行排位，保證這一代中選出的個體是最好的。

（4）不斷地對產生新一代的工序哦程序進行重復，直到產生的新個體的適應能能夠與所需的適應能相適應。

4結語

從廣義角度而言，我們可以以復雜的動態變化系統來看待一般的進化過程。從這一點看，將“可進化”的特征應用在大量的人工系統中，系統的性能就會受到來自于外界環境的干擾。除了進化系統，遺傳算法還可以利用在胚胎工程、神經網絡及人工智能等多個領域。利用可進化設計出的軟件并不是完善的，還存在很多類似于系統魯棒性這樣的問題，即便如此，但筆者仍相信不久之后，可進化設計方法必定會取代傳統的電子電路設計方法，復雜度也將不會成為系統設計的妨礙。除此之外，系統具有復雜且變化多樣的環境，在這樣的環境中硬件具有自重構能力，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工作。所以，本研究將不斷地進行深入，使可進化硬件技術逐漸走向成熟，并在更廣泛的范圍內進行應用，為人們的生活提供更多的便利。

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