进化硬件是指能够根据环境的变化改变自身结构的硬件系统,它由进化算法和可编程逻辑器件构成.通过将进化算法与具有可重构性的硬件相结合,形成了一种新的硬件电路形式,同时也开创了一种新的系统设计方法.该论文研究便是基于进化硬件作为新型硬件系统的基本含义,在现有的研究基础上,针对特定类型应用的进化硬件模型和算法模型,对进化电路设计和实现过程中进化算法及其硬件化方面的问题,特别是进化算法方案选择和适应度函数的选择原则和收敛影响因素等问题进行了理论和实验研究.该论文采用理论研究探讨与实验分析验证相结合的方法.在理论上首先介绍了进化硬件的概念、原理、分类、研究现状及其应用前景,并对其基本构成要素--进化算法和可编程逻辑器件也作了详细的介绍,随后针对树型结构函数的有限状态机问题的遗传算法硬件构成和FPGA实现,重点讨论了遗传算法的硬件实现方法,分析了适合硬件实现的遗传算法的构成形式以及算法中各个要素对算法性能的影响,提出了一种符合遗传算法基本思想、资源占用较少且易与用硬件实现的算法模型;同时又针对遗传算法某些方面的不足,探讨并提出了适于硬件化且可加速搜索的进化算法方案和适应度函数评估方法,提出了改进的新型遗传进化算法--遗传模拟退火算法和遗传禁忌搜索算法,并把它们在理论与实验上进行了对比,得出了较好的结果与结论.在实验上,我们首先采用C语言对该论文所提出的各种算法进行编程,结合Matlab软件验证算法的正确性,给出数据曲线;然后利用VHDL语言,把进化算法模型在Xilinx的ISE开发系统和XCV600E FPGA芯片上进行了设计实现和仿真验证,并给出了仿真验证曲线.实验结果表明,该文提出的进化算法方案和适应度选择方案均符合预期的设想,得到了比较满意的结果.最后,结合前面的工作,在展望中,该论文提出了具有更大应用价值的采用模块互连结构的功能级进化硬件模型的阵列结构.