基于FPGA的遗传算法的硬件实现技术研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:raul2008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
遗传算法是一种基于自然选择原理的优化算法,在很多领域有着广泛的应用。但是,遗传算法使用计算机软件实现时,会随着问题复杂度和求解精度要求的提高,产生很大的计算延时,这种计算的延时限制了遗传算法在很多实时性要求较高场合的应用。为了提升运行速度,可以使用FPGA作为硬件平台,设计数字系统完成遗传算法。和软件实现相比,硬件实现尽管在实时性和并行性方面具有很大优势,但同时会导致系统的灵活性不足、通用性不强。本文针对上述矛盾,使用基于功能的模块化思想,将基于FPGA的遗传算法硬件平台划分成两类模块:系统功能模块和算子功能模块。针对不同问题,可以在保持系统功能模块不变的前提下,选择不同的遗传算子功能模块完成所需要的优化运算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平台,使用VerilogHDL语言实现了伪随机数发生模块、随机数接口模块、存储器接口/控制模块和系统控制模块等系统功能模块,以及基本位交叉算子模块、PMX交叉算子模块、基本位变异算子模块、交换变异算子模块和逆转变异算子模块等遗传算法功能模块,构建了系统功能构架和遗传算子库。该设计方法不仅使遗传算法平台在解决问题时具有更高的灵活性和通用性,而且维持了系统架构的稳定。本文设计了多峰值、不连续、不可导函数的极值问题和16座城市的旅行商问题(TSP)对遗传算法硬件平台进行了测试。根据测试结果,该硬件平台表现良好,所求取的最优解误差均在1%以内。相对于软件实现,该系统在求解一些复杂问题时,速度可以提高2个数量级。最后,本文使用FPGA实现了粗粒度并行遗传算法模型,并用于TSP问题的求解。将硬件平台的运行速度在上述基础上提高了近1倍,取得了显著的效果。
其他文献
中国人是世界上最善于记录和著述的民族。从春秋时代起至今日,几乎没有哪一年无编年记录的,这是世界上任何其他国家和民族都没能做到的奇迹。即便如此,我们今天所能知道的,也只有
期刊
本文针对甘南藏地水彩画艺术语言进行研究和分析,独特的地理环境和自然气候以及独具特色的民俗风情造就了甘南鲜明的地域特色。藏地的魅力与流动透明水彩的碰撞,产生出别具一
印刷电路板是在通用基材上,按预定设计形成点间连接及印刷电子元器件的电路板。2006年中国已超越日本成为全球第一大PCB生产制造国。但是,我国印刷电路板组装业起步较晚,生产
在页岩气开采的水力压裂过程中,套损时有发生,严重影响页岩气开采效率。明确套损机理及其影响因素有助于有针对性地采取缓解措施,避免套损。鉴于此,分析了压裂过程中储层的变
激光二极管泵浦的全固化激光器及其倍频技术是当今激光技术发展的重要方向之一,在激光技术以及科学研究、工业加工、信息科学、国防研究等领域具有重要的应用。在激光倍频系
超导储能脉冲系统与传统脉冲功率系统相比因具有储能密度大、传输功率高、可实现长期无损耗静态储能等诸多优势在国防建设以及国民生产中的应用已经越来越广泛,也越来越受到
随着配电网中各种电力电子设备越来越广泛的应用,其产生的谐波电流注入电网,使得线路损耗增加,造成发配电设备利用率的下降。谐波电流污染已经成为影响供电质量的重要问题。
歌剧《唐璜》是莫扎特具有代表性的一部歌剧,人物形象塑造鲜明是其最为重要的特点,采琳娜是本作品女主角之一,也是作曲家主要刻画的人物形象。本文通过阐述采琳娜这一音乐形象所
本文设计了一种工作在X波段的宽带微带阵列天线。为展宽天线带宽,天线阵列的单元采用缝隙耦合的双层微带天线,并利用带状线对其馈电;设计了一种新型的宽带同轴线-带状线转换