基于演化硬件技术的内进化容错模型设计与可靠性研究分析

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基于硬件演化的电子电路故障自修复研究综述

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ３６９５．２０１３．１２．００１
Ｓｕｒｖｅｙｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｓｅｌｆ — ｒｅｐａｉｒｂａｓｅｄｏｎＥＨＷ
第３０巷第１２期
２０１３年１２月
计算机应用研究
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ
Ｖｏ１．３０Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１３
基于硬件演化的电子电路故障自修复研究综述术
复中重要的步骤作了说明，并指出了目前存在的问题和改进的方向。基于硬件演化的故障自修复必将具有广阔
的前景和重大的工程应用价值。
关键词：故障诊断；硬件演化；自修复；故障测试；故障定位；演化算法
中图分类号：ＴＰ３１１文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ３６９５（２０１３）１２－３５２１ — ０４
传统的电子电路结构是固定不能改变的。随着信息化建
设的加快，电子系统被广泛应用于电子装备中，多以大规模和超大规模的数字集成电路为主体，其核心是现场可编程门阵列（ｉｆｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）。在面对如沙尘、高低温、强电磁场面等复杂多变的战场环境时，数字集成电路的性能将会受到影响，出现故障，降低电子装备的功效，甚至造成重大的人员伤亡和财产损失。如何进一步提高电子系统在恶劣环境下的生存能力，保证数字系统能够持久正常工作等一系

“数字电子技术”课程的OBE_模式教学改革

第4期2024年2月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.4February,2024基金项目:2021年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究优质教学资源建设与共享项目;项目名称:基于OBE 模式下的‘数字电子技术基础“跨校修读模式探索㊂作者简介:魏洪峰(1975 ),男,讲师,硕士;研究方向:模式识别,信息处理㊂数字电子技术课程的OBE 模式教学改革魏洪峰(渤海大学物理科学与技术学院,辽宁锦州121013)摘要:为了满足电子㊁自动化㊁通信等专业对相应专业人才的需求, 数字电子技术课程作为其各专业课程的基础与核心,课程教学模式必须与经济技术的发展相对应㊂文章从课程的特点出发,从理论课程教学㊁实践课程教学㊁教学方法㊁考核模式4个方面对数字电子技术课程进行了OBE 模式教学改革㊂改革注重以学生为中心,课程教学模式多样化,培养学生自主式和探究式学习,提高学生的综合素养㊂关键词:OBE ; 数字电子技术 ;教学改革中图分类号:G642.0㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀集现代化电子技术㊁信息技术㊁通信技术于一体的电子信息工程专业,与社会上的众多领域都有着密切联系㊂随着我国经济的快速发展,各行各业对数字电路及相关最新技术的要求也在逐渐提高㊂由于人才培养目标的变化,电子信息工程领域对学生的实践能力和专业水平也提出了更高的要求㊂专业课内容不再局限于传统书本上的理论知识,还要加强培养学生的自主思维㊁自我学习以及实践创新能力㊂因而,在新工科背景下,电子信息工程专业相关课程体系㊁课程教学内容㊁课程教学方法㊁课堂教学手段㊁实验方案及评价体系等需要不断进行相应的改革和探索,以更好地适应时代的需要㊂新工科要求高校建立以学生为主体,适应新业态㊁新形式的挑战,培养出多元化的技能型人才,促使学生在理论知识㊁专业技能和创新能力等全面发展[1]㊂成果导向教育(Outcomes -Based Educaiton,OBE),是以学生为中心的一种基于学习产出的教学模式㊂首先,OBE 在教学中的应用,改变了传统式的教学理念,由灌输知识转变为实践能力培养;其次,在教学内容上,注重学生学到了什么,而不是教师教了什么,在学习过程中要突出学生的主体地位,体现学生之间的个体差异,注重学生的个性发展,注重学生的自主学习性,以提高学生的主观能动性为目的;最后,高校人才培养要符合OBE 的教学理念,有利于社会上专业岗位的人才需求,能使学生具备优良的专业文化素养,让学生毕业后走出校园能及时适应社会,为学生在工作领域打下坚实的基础[1]㊂在新工科背景下,针对专业人才的需求,培养模式应融合理论分析㊁虚拟仿真和实践能力,通过整合理论教学内容㊁拓宽实验教学层面,多种教学方法和教学手段并用,使学生扎实地掌握课程的理论知识,培养学生独立进行分析㊁设计电路的能力,实施基于OBE 模式的课程教学改革势在必行㊂1㊀数字电子技术课程面临的问题㊀㊀教育部积极推进新工科建设,以适应产业对专业人才的需求,但传统的数字电子技术课程存在教材内容更新慢㊁理论与实际结合不够㊁教学模式和手段面临创新驱动不足等问题,学生对该课程的理解和学习效果往往达不到预期要求,一定程度上缺少独立思考和解决实际问题的创新能力[2]㊂数字电子技术课程仍然偏重理论教学,对实际电路的设计方案和应用方面涉及较少;学生在学习过程中往往单纯记住了器件的组成及功能,在考试中能够获得较高的分数,但真正需要综合设计电路的时候力不从心;实验环节教学内容相对陈旧,工程实践性不强,有待进一步改进;第二课堂开展不足,新的信息化学习平台引入不够,无法充分引导学生发挥团队合作㊁自我学习和实践探索等获得数字电子技术的新知识和新成果的能力㊂2㊀目前数字电子技术课程的现状㊀㊀数字电子技术课程内容一般包括:基本门电路的设计与测试㊁译码器与数据选择器及全加器的设计及应用㊁触发器的功能与测试㊁计数器和555定时器的设计与应用等[3]㊂通过调研33所本科院校数字电子技术课程的教学内容,相对应的理论教学学时数的统计数据如图1所示[4]㊂图1㊀数字电子技术课程的基本内容及学时数从调查结果看, 数字电子技术课程应该缩减分立器件部分知识点的讲授学时,小规模集成电路部分知识点应该精讲,而数字脉冲电路部分内容应注重应用,另外还应该引入大规模集成电路㊁可编程器件等内容[5]㊂大多数高校主要采用多媒体课件进行本门课程的教学,网络资源平台㊁手机App㊁虚拟仿真技术等结合不足,师生之间的互动交流环节少,教师不能很好地掌握学生的学习动态,不能及时发现问题并加以解决㊂33所本科高校的教学方法统计结果如图2所示[4]㊂图2㊀各校教学方法的统计3㊀OBE理念下数字电子技术课程的改革措施㊀㊀基于新工科背景及OBE模式标准,从专业人才培养模式㊁教学质量要求等方面对课程教学内容㊁实验项目㊁考核方法等方面进行设置㊁修订㊁完善,以培养应用型技术人才为目标,形成一套可共享的㊁具有优良借鉴价值的教学改革方案㊂3.1㊀理论课程教学改革㊀㊀新工科背景下,根据OBE的教学理念,修正数字电子技术课程的教学目标,将课程教学内容划分为4个模块,即基本门电路的设计与应用㊁译码器与数据选择器及全加器的设计及应用㊁触发器的功能与测试㊁计数器和555定时器的设计与应用,如图3所示㊂图3㊀数字电子技术课程理论教学内容结合OBE模式相关内容对原来的教学大纲进行修改,将理论课中与先修课程重复的内容删除或削减,例如数值的运算这个知识点,由于计算机基础课程中已经讲过,本课程讲授是可作概述总结,不必精讲细练㊂这样,将节省的课时融入新知识点体系,同时增加学生实践课堂,让学生到生产企业中参观㊁调研和学习,加强学生对本专业和课程知识结构的认识,以便于更好地培养学生的自我学习能力,促进学生综合实践能力的提升㊂3.2㊀实践课程教学改革㊀㊀设置合理的实验项目,强化设计性㊁综合性和创新性实验,并结合虚拟仿真技术进行实验设计和验证㊂通过设计性㊁综合性实验的展开,进一步培养学生的动手能力㊁思维能力和创新能力㊂例如,用与非门设计一电路,完成如下功能:某车间有A㊁B㊁C㊁D4台发电机,今要求A必须开机,其他3台电动机中至少有2台开机,如不满足上述要求,则指示灯熄灭㊂设计电路时,首先做逻辑抽象:输入变量A㊁B㊁C㊁D为1时是开机㊁为0时是关机;输出变量Y为1时是灯亮㊁为0时是灯灭㊂其次,列写逻辑真值表后可列写出符合要求的逻辑表达式Y=((ABC)ᶄ㊃(ACD)ᶄ㊃(ABD)ᶄ)ᶄ㊂最后,画出对应的组合逻辑电路,如图4所示,连接完图形后进行功能验证即可㊂通过实验设计,学生既开发了逻辑思维,还锻炼了动手能力,同时对应的理论知识点也得到了复习和巩固㊂图4㊀发电机逻辑电路另外,引入虚拟仿真仪器作为测试辅助手段,锻炼学生进行模拟仿真实践的能力㊂根据学生对前期实验内容的掌握情况,如设计综合设计项目,将学生分组,要求学生自己检索相关实验内容并分配好工作,由教师审核后展开实施,整个过程完全由学生自主进行,教师对最后的结果进行分析和点评㊂这样通过循序渐进的模式,既锻炼了学生的团队协作精神,又使学生的综合能力得以提升㊂3.3㊀教学方法改革㊀㊀教学内容将传统教学平台㊁网络资源平台㊁手机App㊁虚拟仿真技术等紧密结合,打破了传统的课堂教学模式,利用多种教学手段,虚实相结合实现课程融合㊂教师在使用多媒体与板书讲授相结合的方式进行理论课堂讲授的同时,在网络教学平台建立班级学习群,把教学大纲㊁教案㊁相应的章节习题等上传到学习群中,也可以在学习群中完成在线问答与交流,扩充了师生互动的渠道与环节,方便了学生随时解决疑难问题,学生的自由度和主动性得到良好的体现㊂理论章节讲授完后,教师布置一定的任务,结合情境课堂㊁互动讨论㊁任务驱动等环节,设置设计性㊁综合性实验并与虚拟仿真相结合,让学生自主学习掌握电路仿真软件Logisim㊁Protel㊁Pspice㊁Multisim 等,使教学内容更符合行业的应用需求,也完善了课程体系㊂教师给予学生一定程度的指导,使学生独立使用仿真软件完成逻辑电路的绘制及性能的分析等,使学生对课程知识融会贯通㊂以仿真软件Multisim 设计八路抢答器为例,总体电路仿真如图5所示㊂图5㊀八路抢答器总体电路㊀㊀将各个自电路进行连接后,可运用Multisim 进行仿真来验证抢答器电路的功能㊂仿真工具的应用能突出设计的实用性㊁便捷性和易操作性,课程采用案例驱动法,以工程或生活实例导入的方式,培养学生独立思考㊁自主查阅资料㊁合同协作等综合能力,学生的创新意识得到增强㊂教师用多渠道多手段使学生掌握本门课程的知识体系及其应用,也为后续课程的学习做好铺垫㊂3.4㊀考核模式改革㊀㊀在OBE 的教学理念指导下,教师在传授学生课程理论知识和专业技能的同时,更加注重学生综合素质的培养,更加重视学生自主学习能力㊁实践操作能力和思维创新能力的提升㊂考核模式不再以卷面分数为主,授课教师要按照教学大纲㊁所需考核内容和实际的教学过程环节,将评价标准细化,使考核体系更加全面㊁更加完善㊂考核采用多种成绩综合评定的方式,考核成绩的形式为:总评成绩构成(100%)=平时成绩(30%)+期末考试(70%)㊂其中,平时成绩由出勤㊁情境互动㊁作业㊁实验操作㊁分析设计能力㊁实验报告㊁团队合作精神等情况给出,主要检验学生旷课与学生上课回答问题情况㊁学生对课程知识的学习和掌握情况㊁学生对实验项目的独立完成情况㊁分析设计及团队协作的能力等,根据学生的完成程度打分㊂期末考试成绩占70%,试卷命题以教学大纲作为标准㊁以新工科和OBE模式为依据㊁以学生为中心㊁以课程的达成目标和学生应具备的能力标准为依据,贯穿整体课程,突出重点与难点,难易分层,基本覆盖课程的知识点,综合评价学生对本课程的学习与掌握程度㊂根据学生期末试卷的答题情况给予成绩,试卷满分100分折合实际分值为70分,学生根据所得分数按比例进行折合㊂在新工科背景下,按照OBE模式以课程目标和能力标准为基础,考核将会分层化㊁具体化㊁内容全面化,能综合评价学生对本课程的达成度,使学生具备独立设计数字电路和系统的能力,促使学生综合素质全面发展㊂4　结语㊀㊀综上所述,OBE模式融入数字电子技术课程,以学生为中心,以成果为导向,注重学生学习产出,培养学生自主式和探究式学习,不仅提高了学生的工程实践能力㊁创新能力和综合素养,还提高了学生的工程实践能力和创新能力,改善了教学效果㊂作为从事一线教学的授课教师,要充分掌握OBE的教学理念,理解其内涵,结合课程的特点从理论课程教学㊁实验课程教学㊁教学方法与教学手段㊁课程考核模式几个方面进行创新和改革,以学生为中心,注重理论联系实际,把OBE的教学理念贯穿到教学实践中,尽自己最大的努力去提高教学效率,改善教学效果㊂参考文献[1]杨春玲,朱敏.基于OBE的数字电子技术课程改革初探[J].电气电子教学学报,2018(40):31-33.[2]刘华珠.浅谈数字电子技术课程教学改革研究[J].教育现代化,2018(21):55-56.[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2016.[4]张秀荣. 数字电子技术课程教学现状的调研[J].电气电子教学学报,2017(39):95-97.[5]刘金锦,庞学民,刘瑞婷,等. 数字电子技术基础课程改革探索与实践[J].工业信息化教育,2015 (3):24-26.(编辑㊀王雪芬)OBE teaching reform of Digital Electronic Technology courseWei HongfengCollege of Physical Science and Technology Bohai University Jinzhou121013 ChinaAbstract In order to meet the needs of professionals for electronics automation communication and other majors Digital Electronic Technology courses are the foundation and core of their professional courses and the teaching mode of courses must correspond to the development of economy and technology.Starting from the characteristics of the course the paper carries on the teaching reform of OBE mode in the Digital Electronic Technology course from four aspects theoretical course teaching practical course teaching teaching method and assessment mode.The reform focuses on student-centered diversified curriculum teaching modes cultivating students autonomous and inquisitive learning and improving students comprehensive literacy.Key words OBE Digital Electronic Technology teaching reform。

基于演化硬件的硬件重构编码方案及演化算法研究

Ａｂｓｒｃ：ＡｐｌｎａｍａｉｇｆｎｔｏｉｃｅｅｓｃｏｏｓｅｃｄｉｍｅｈｏｂａｅｄｎＦＰＧＡｐａｆｍｗｉｔａｔａｒｐｐｎｕｃｉｎｎｒｍｎｔｈｒｍｏｍｏｎｇｔｄｓｏｌｔｏｒｈｔ
ＳＲＡＭ — ｃｉｃｕｅｗａｒｐｓｄＴｈｔｏｏｌｍｐｏｅｈｄｒｅｒｃｎｇｒｔｎｅｃｅｃｙｃｄｎｐｉｇｒａｈｔｔｒｓｐｏｏｅ．ｅｍｅｈｄｃｕｄｉｒｖａｗａｅｏｆｕａｉｆｉｎｙｂｏｉｇｍａｐｎｅｒｉｏｉｒａｉｅｙｄｕｌｌｔｒｍａｐｎｆｉａｙｃｎｇｒｂｅｆｅｓｉｇＭｅｎｉ，ｅｔｒｅｔｉｅｅｃｖｌｔｎａ・ｅｌｄｂｏｂｅｐａｆｍｐｉｇｏｎｒｏｆｕａｌｌｔｎ．ｚｏｂｉｉｒａｗｈｌａｂｔｍｎｆｒｎｅｅｏｕｉｌｅｅｄｆｏｇｒｔｍｓｒｐｓｄｂｓｄｏｃｌｐｉｌｃａｉｍｎｒｄｃｄＴｈｌｏｉｍｏｌｒｍｏｅｃｎｅｇｎｅｒｔｎｏｉｈｗａｏｏｅａｅｎｌａｔｐｏｏｍａｍｅｈｓｉｔｏｕｅ．ｅａｇｒｔｃｕｄｐｏｔｏｖｒｅｃａｅａｄｎｈｗｈｌｆｃｅｃ．ｉａｌ，ｔｅｒｓｌｏｅａｇｒｈｅｌｔｎｓｏｈｔＭＤＥｉｒｖｓｄｓｄａｔｇｆｄｆｅｅｃｏｅｅｉｎｙＦｎｙｈｅｕｔｆｔｏｉｍｍｕａｉｈｗｓｔａ：ｉｌｈｌｔｏｍｐｏｅｉａｖｎａｅｏｉｒｎｅｆｅｏｕｉｎａｇｒｈｗｉｃｌｐｉｌｎｐｒａｈｓａｔａｐｉｚｔｎｏｔｏ．ｖｌｔｌｏｔｍｔｌａｔｏｉｈｏｏｍａａｄａｐｏｃｅｃｕｌｔｏｍｉａｉｕｃｍｅｏＫｅｒｓｅｏｖｂｅｈｄｒ；ａｄｒｅｒｃｎｇｒｔｎｃｒｍｏｏｏｉｇｅｅｎｒｐ；ｉｅｅｃｖｌｔｎｙｗｏｄ：ｖｌａｌａｗａｅｈｗａｏｆｕａｉ；ｈｏｓｍｅｃｄｎ；ｌｍｅｔａｈｄｆｒｎｅｅｏｕｉｒｒｅｉｏｇｆｏ

内进化演化硬件平台的设计与实现

和行为的硬件电路。２世纪５００年代，ｏｅｍｎＶｎＮｕａｎ就提出了研制具有自繁殖与自修复能力，并能进行
通用计算的机器的设想。随着演化算法和可编程逻辑器件的出现，９２年Ｇｒ正式提出了ＥＷ的构１９ａｉｓＨ想］自此之后，项研究受到了世界各国学者的。该
ｉｇｆｔｅｃｒｕｔｉＦａｅｃｅｔｄｅｆｃｉｅｙｎｓｏｉｉｎＣＢｃｎｂｒａｅｆｔｌ．Ｂｓｄｏｈｓｐａｏ，ｗａｅｄｓｎｄａｄｉｈｃｓｅｖａｅｎｔｉｌｔｒｆｍｅｈｖｅｉｅｎｍ— ｇｐｅｎｅｎｅｐｒｎｆ１ｂｔｄｅ，ａｄｐｏｅｈａｉｉｆｈｔｏｌｍｅｔｄａｘｅｍｅｔｉａｄｒｎｒｖｄｔｅｖｌｔｏｅｍｅｈｄｉｏｄｙｔＫｅｗｏｄ：ｅｏｖｂｅｈｄｒ；ＦＧＡ；ｖｒｕｌｒｃｎｇｒｂｅｃｒｕｔ；ｃｎｇｒｂｅｆｎｔｎｌｂｏｋｙｒｓｖｌａｌａｗａｅｒＰｉａｅｏｆｕａｌｉｉｔｉｃｓｏｆｕａｌｕｃｉａｌｃｓｉｏ
广泛关注，并在电路设计、容错系统、制与机器人控
１演化硬件平台的系统结构
现阶段，大多数的ＥＷ采用ＦＧＨＰＡ作为硬件进化平台的关键器件。ＥＷ利用ＦＧＨＰＡ的在线可编程技术及动态重构技术，ＦＧ的配置信息作为将ＰＡ染色体，过演化算法（ｖｌｉａｌｒｈｓ通ＥｏｔｎｒＡｇｉｍ，ｕｏｙｏｔＥｓ对其进行反复的适应度计算、Ａ）交叉和变异，最终进化出满足环境要求的个体（即电路配置）。根据适应度评估方式的不同，Ｈ可分为外进化（ｘＥＷＥ—

可用于演化硬件的改进自适应遗传算法研究

了进化不同阶段对遗传算子的不同要求及其对收敛速度的影响。在Ｓｉｉａｒｖｓ的自适应策略和基于阶段进化的自适应策略的ｎ基础上，提出一种新的针对变异算子的自适应策略，并在轮盘赌选择方式中加入适应值标度变换。结合实例，对改进后的算法进行了仿真，结果表明了加入适应值尺度变换和新的自适应策略后，算法的收敛性有所提高。关键词：遗传算法；演化硬件；自适应策略；适应值标度变换；收敛性
中图法分类号：１文献标识号：ＴＰ８Ａ文章编号：１０—０４（０２２０１—７００７２２１）０ —７１０
Ｒｅｅｒｈｏｍｐｏｅｄｐｉｅｇｎｔｃａｇｒｔｍｓｄｉｖｌａｌａｄｒｓａｃｆｉｒｖｄａａｔｅｅｉｌｏｉｈｕｅｎｅｏｖｂｅｈｒｗａｅｖ
２．ＧｒｄａｅＵｎｖｒｉ，ＣｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｎｅ，ｅｉ００９ＣｉａａｕｔｉｓｙｈｎｓａｅｆｉｃｓＢｉｎ１０４，ｈｎ）ｅｔＳｅｊｇ
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｉｒｖｈｏｖｒｅｃｆｅｏｖｂｅｈｒｗａｅｉｈｒｃｓｆｅｏｕｉｎａｄｓｌｅｔｅｐｏｌｍｆｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｍｐｏｅｔｅｃｎｅｇｎｅｏｖｌａｌａｄｒｎｔｅｐｏｅｓｏｖｌｔｎｏｖｈｒｂｅｏｏｓａａｉｔｃｌｂｌｙ，ｔｒｅｇｎｔｃｏｅａｏｓａｅｒｓａｃｅ．Ａｔｔｅｓｍｅｔｅｈｉｅｅｔｒｑｉｍｅｔｏｔｅｅｏｅａｏｓｉｉｅｅｔｉｈｅｅｅｉｐｒｔｒｒｅｅｒｈｄｈａｉ，ｔｅｄｆｒｎｅｕｒｍｆｅｎｓｔｈｓｐｒｔｒｎｄｆｒｎｆｐａｅｎｈｆｃｉｎｏｏｖｒｅｃａｅａｅａａｙｅ．Ｏｎｔｅｂｓｓｏｈｒｉａ ’ ａａｔｅｓｒｔｇｎｈｓｖｌｔｏｈｓｓａｄｔｅｉｅｔｎｃｎｅｇｎｅｒｔｒｎｌｚｄｎｏｈａｉｆｅＳｉｖｓＳｄｐｉｔａｅｙａｄｐａｅｅｏｕｉｎ，ａｔｎｖｎｗｄｐｉｅｓｒｔｇｏｔｔｎｏｅａｏｓｐｏｏｅ．Ｉｄｉｏｅａａｔｔａｅｙｆｒｍｕａｉｐｒｔｒｉｒｐｓｄｎａｄｔｎ，ｆｎｓｃｌｇｉｕｅｎｒｕｅｔｅｌｓｌｃｉｎＴｈｖｏｉｉｅｓｓａｉｓｓｄｉｏｌｔｅｗｈｅｅｅｔｏ．ｔｎｅｉｐｏｅｌｏｉｍｓｉｍｕａｅ．Ｉｓｐｏｅｈｔｔｅｃｎｅｇｎｅｒｔｓｉｄｅｍｐｏｅｆｅｄｉｇｆｎｓｃｌｇａｄｔｅｍｒｖｄａｇｒｔｈｓｅｌｔｄｔｉｒｖｄｔａｈｏｖｒｅｃａｅｉｎｅｄｉｒｖｄａｔｒａｄｎｉｅｓｓａｉｎｈｔｎ

基于退化建模的可靠性分析研究现状

[ X ( t)
< D & sup { X ( t) } > D] ) , # [ 0, t] R( t ) = P( T > t) = P ( sup X 0+ # [ 0, t] { P ( [ sup {X 0 # [ 0, t]
[
( 5)
∀ ( u) d u < D = + ∀ ( u) d u < D ∃
0
}
)
0
}
]
X0+
∀(
0
t
)d < D &
sup X0 + # [ 0, t] {
∀( ) d
t 0
}
> D] ) .
( 6)
这两种方式均具有鲜明的差异, 然而为了简便, 式 ( 3) 和 ( 4) 在某些情形中近似于式 ( 5) 和 ( 6) . 在本文中, 不失一般性 , 假设潜在的退化过程是单调递增的 , 采用式( 3) 和( 4 ) 定义退化相关的可靠性.
∀(
0
t
) d < D) . ( 4)
2) 对于非单调递增退化过程 , 即对于任意 t > T 或 p ( ( ) > 0) < 1 , 有 P { X ( t) > D; t > T } < 1. 对于任意 > 0, t 时刻的可靠性函数为 R( t ) = P( T > t) = P ( sup { X ( t) } < D) = # [ 0, t] P ( [ sup { X ( t) } < D ] ∃ # [ 0, t]
Review of reliability analysis methods based on degradation modeling

演化硬件在时序数字电路自适应中的研究与实现

演化硬件在时序数字电路自适应中的研究与实现娄建安赵新青(军械工程学院电气工程系，河北石家庄050003)摘要：本文在讨论了EH w运行机制的基础上，详细论述了基于F PG A芯片和V H D L语言的E H w环境的设计和实现，特别是以能够进行在线进化的闭环结构方式，形成一个较为实用的EH w实验和应用环境的具体方法。

在此环境上，可以进行多种演化策略和进化方式的研究，并实现了多种完全通过演化而自行设计、且可下载到控制器中进行实际运行的控制电路。

该方式在实现机电一体化的演化硬件控制系统方面进行了成功的探索，具有一定的参考和实用价值。

关键词：EH w；演化硬件；F PG A；V H D L；Q uA TU S中图分类号：TM l3文献标识码：A文章编号：1673—7938(2008)增刊一0084一030引言传统的电路设计，往往是针对具体的需要设计制作的。

在制作之后，其内部结构和基本功能就已固定。

即硬件设备一旦设计完成后，很难再行改变它的结构与功能。

从灵活性方面来说，这是一个很大的缺陷，因为自然界的大多数问题是“时变”或难以预测的。

此外，在目前的许多工作中，实际需求和应用环境对硬件的灵活性要求已经日益提高，甚至对其结构和功能的要求也会发生变化。

对此，传统的硬件设计方式已难以胜任。

在这种情况下，E H W(演化硬件)技术应运而生。

该项技术可以仿照自然界中生物进化的方式，突破设计人员知识局限性和思路模式化，使用大规模集成电路F PG A实现芯片级可控的“硅进化”，形成“演化硬件”，从而最终能够形成一种新型的基本方法，使其有望通过相对灵活、可变的“演化硬件”技术，在时间领域中解决系统的长寿命和快反应的问题，在空问领域中解决实际系统的复杂性和人类设计的局限性问题。

1演化硬件在时序数字电路自适应的研究1．1演化硬件原理仿照自然界中以碳为基的生物进化过程，有可能在现有FPG A芯片或更大规模的芯片上实现可控的“硅基进化”，这就是“演化硬件(E H w)”技术。

基于可进化硬件的容错技术及其原理

基于可进化硬件的容错技术及其原理
龚健;杨孟飞
【期刊名称】《控制工程（北京）》
【年(卷),期】2005(000)005
【摘要】可进化硬件客错技术是一种模仿生物进化过程的容错方法。

随着进化算
法的发展和可编程器件的应用，现已成为世界各国容错计算技术领域新的研究方向。

可进化硬件容错技术不是采用传统的静态冗余技术实现容错，而是利用可进化硬件本身固有的特性实现客错。

本文重点论述了可进化硬件技术的两个基本要素，即进化算法和可编程器件；并分析了可进化硬件的容错原理和实现方法。

【总页数】9页(P20-28)
【作者】龚健;杨孟飞
【作者单位】北京控制工程研究所;中国空间技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TP302.8
【相关文献】
1.基于短信技术的电机转子温度在线监测(Ⅰ)——系统原理与硬件组成 [J], 冯建勤;袁超;魏云冰;陈志武
2.基于EDA信息技术的硬件系统类课程教学模式探索--以“单片机原理及接口技术”课程为例 [J], 金涛;咸慧慧
3.可进化硬件的基本原理与关键技术 [J], 赵曙光;刘贵喜;杨万海
4.一种基于离散量配置方案的硬件资源识别容错设计技术 [J], 马玉林;熊智勇;施劲
松;匡伟
5.基于演化硬件的容错系统设计技术研究 [J], 高桂军;王友仁;姚睿;崔江
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基于进化算法的电子电路设计与优化

基于进化算法的电子电路设计与优化引言：电子电路设计与优化是现代电子工程领域的重要研究方向之一，有助于提高电路性能并减少能耗。

进化算法作为一种优化算法，已经被广泛应用于电子电路设计与优化领域。

本文将重点介绍基于进化算法的电子电路设计与优化方法，包括遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法，并分析其优势和不足之处。

一、遗传算法在电子电路设计与优化中的应用遗传算法是一种仿生优化算法，模拟了生物进化过程中的基因遗传和适应度选择机制。

在电子电路设计与优化中，遗传算法通过模拟基因的交叉、变异和选择操作，寻找最优的电路拓扑结构和参数配置。

1.1 遗传算法的基本原理遗传算法的基本原理包括个体表示、适应度评估、选择、交叉和变异。

个体表示可以采用二进制编码或其他编码方式，如图形编码或数值编码。

适应度评估用于衡量每个个体的性能，通常采用电路性能指标作为适应度函数。

选择操作用于根据适应度函数选择父代个体进入下一代，常用的选择方法包括轮盘赌选择和锦标赛选择。

交叉操作通过交换父代个体的基因片段来产生子代个体。

变异操作则通过随机改变个体基因的小部分来增加遗传多样性。

1.2 遗传算法在电路拓扑结构设计中的应用遗传算法可以应用于电子电路的拓扑结构设计，即确定电路中各个元器件的连接方式。

通过适应度评估和进化操作，能够搜索到更好的电路拓扑结构。

例如，在模拟电路中，遗传算法可以用来优化电路的增益、带宽等性能指标。

在数字电路中，遗传算法可以优化逻辑门的布局和连接以提高运算速度和功耗。

1.3 遗传算法在电路参数优化中的应用除了拓扑结构的设计，进化算法还可以用来优化电子电路中的元器件参数。

通过调整电路中各个元器件的数值，可以优化电路的性能指标。

遗传算法可以自动搜索最优的元器件参数配置，提高电路的性能。

例如，在滤波器设计中，通过遗传算法优化电阻和电容的数值，可以获得更好的滤波效果。

二、粒子群优化算法在电子电路设计与优化中的应用粒子群优化算法是一种模拟鸟群觅食行为的优化算法。

基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析

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硬件故障诊断与分析中的可退化模型研究

硬件故障诊断与分析中的可退化模型研究随着硬件系统的复杂性与日俱增，硬件故障对系统的影响也越来越严重。

为了及时排除故障，保障系统的正常运行，硬件故障诊断与分析成为了一个重要的课题。

其中，可退化模型研究是硬件故障诊断与分析领域的一个重要研究内容。

一、可退化模型概述可退化模型是指硬件故障现象随时间的推移而不断加剧的过程。

在硬件系统运行过程中，由于使用的材料、制造工艺和环境等因素，硬件系统的零部件和元器件会随时间的推移而发生劣化。

劣化程度越来越深，最终会引发故障。

可退化模型的研究目的是建立模型，预测硬件系统的劣化过程以及可能导致的故障，并且提前采取相应的预防措施。

这样可以有效地防止硬件系统发生故障，保障系统的稳定运行。

二、可退化模型的应用可退化模型在硬件故障诊断与分析方面有着广泛的应用。

例如，在飞机、火车、汽车等交通工具的运行中，硬件系统的故障可能导致严重的事故。

因此，采用可退化模型进行故障诊断与分析，可以提前预测可能发生的故障，及时进行维修和保养，保障交通工具的安全运行。

在工业生产中，可退化模型也得到广泛应用。

例如，工厂生产线的设备运行时间长，可能会出现故障。

采用可退化模型进行故障诊断与分析，可以提前预测设备可能发生的故障，及时进行维修和保养，保证生产线的稳定运行。

在电子产品中，可退化模型也是一个研究热点。

随着电子产品功能的不断升级，硬件系统的复杂性也在不断提高。

因此，采用可退化模型进行故障诊断与分析，可以有效地避免硬件系统的故障，提高产品的稳定性和可靠性。

三、可退化模型的研究方法可退化模型的研究方法多种多样，下面介绍两种常见的研究方法：1. 基于回归模型的可退化模型研究这种研究方法是通过建立回归模型，拟合硬件系统在不同时间下的状态变量和故障率的关系。

回归模型可以是线性模型、非线性模型或半参数模型等，具体可以根据硬件系统的特点进行选择。

通过拟合回归模型，可以预测硬件系统在未来的某一时间点会出现故障的概率。

内进化容错模型设计及其可靠性分析

内进化容错模型设计及其可靠性分析娄建安;李阳;余建华【摘要】仿照自然界的碳基生物进化过程，在FPGA内部实现了可控的硅基进化。

针对电子系统常见的SA故障，提出了基于演化硬件技术的内进化容错模型，通过在FPGA内部装载Microblaze CPU和构建可重配置阵列，实现了演化硬件的片内进化。

利用该模型进行了故障容错实验，检验了其有效的故障容错能力，证明该容错方法能够有效提高数字电路的可靠性。

%The controllable silicon evolution was realized inside FPGA by imitating evolution process of the carbon-based biologies in the natural world. According to the common SA faultsin electronic systems,an intrinsic evolvable fault-tolerant mod-el based on evolution of hardware technology is proposed. Through loading Microblaze CPU inside FPGA and establishing recon-figurable arrays,the evolution-in-chip of evolvable hardware was implemented. Fault tolerance experiment was done to test the capability of fault-tolerance by the model. The experimental result shows that method can effectively improve the reliability of dig-ital circuits.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)020【总页数】3页(P1-3)【关键词】FPGA;内进化;容错;可靠性分析【作者】娄建安;李阳;余建华【作者单位】军械工程学院电气工程系，河北石家庄 050003;军械工程学院电气工程系，河北石家庄 050003;军械工程学院电气工程系，河北石家庄 050003【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP301.6进化硬件（Evolution Hardware，EHW）指的是仿照自然界中以碳为基的生物进化过程，在现有的FPGA芯片基础上实现可控的“硅基进化”。

基于演化硬件的容错系统设计技术研究

基于演化硬件的容错系统设计技术研究
高桂军;王友仁;姚睿;崔江
【期刊名称】《信息与控制》
【年(卷),期】2008(37)3
【摘要】提出了一种基于演化硬件的N模异构冗余容错系统设计方法.首先,改进厂一种多目标进化算法,利用改进的优化算法来设计多模冗余系统目标数字电路;然后,提出了多模数字电路设计的异构评价策略,以用于N模异构电路的优化设计;最后,将设计的异构数字电路用于组成N模冗余容错系统,以提高容错系统的可靠性.对单目标与多目标设计电路、同构与异构冗余电路的容错性能进行了理论分析和对比,给出了异构电路评价方法和选择策略.以8线—3线编码器作为设计实例,实验结果证明了基于多目标进化设计的异构电路所组成的容错系统具有更好的容错能力.【总页数】7页(P370-376)
【关键词】演化硬件;在线进化;多目标优化算法;异构冗余容错;树形拓扑结构
【作者】高桂军;王友仁;姚睿;崔江
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6;TP302.8
【相关文献】
1.基于演化硬件的海鲜物流保鲜系统设计 [J], 林健;陈寿元
2.基于演化硬件的容错电路设计与实现 [J], 解双建;原亮;满梦华;周永学
3.基于DSP的演化硬件独立演化系统设计 [J], 李建明;石玉
4.基于硬件演化的电路故障自修复实验系统设计与实现 [J], 张峻宾; 邹琼芬; 郭雷涛; 罗莹; 杨人铣
5.演化硬件及其容错技术研究 [J], 聂鑫;刘鹏
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基于Handel-C的完全内部硬件进化设计

基于Handel-C的完全内部硬件进化设计杨益;方潜生;范庆春【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2009(019)004【摘要】目前常规的EDA技术用于设计硬件电路时,存在着诸如硬件出现故障时不能自动修复,硬件缺乏自适应性等难以克服的困难.而硬件进化(Evolvable Hardware)具有自组织、自适应和自修复功能,能适应不同的环境要求和提高自身性能的特性.Handel-C是一种起源于ISO/ANSI-C的硬件设计描述语言,利用Handel-C可以复用大量成熟的C语言算法程序,并在FPGA上得以实现,真正做到了用软件方法来设计硬件.根据FPGA动态重构的特点,设计适合完全内部硬件进化的遗传算法和染色体解码器,以四选一数据选择器作为目标进化电路,并用Handel-C语言编程实现,最终在FP-GA上成功地实现了完全内部硬件进化电路.该设计的实现对有效缩短硬件进化的进化周期,提高进化电路的可靠性等有着非常重要的意义.【总页数】4页(P239-241,245)【作者】杨益;方潜生;范庆春【作者单位】安徽建筑工业学院,电子与信息工程学院,安徽,合肥,230601;安徽建筑工业学院,电子与信息工程学院,安徽,合肥,230601;合肥师范学院,计算机科学与技术系,安徽,合肥,230061【正文语种】中文【中图分类】TP303【相关文献】1.基于Handel-C的硬件优化设计 [J], 杨益;方潜生;汪力君2.基于Handel-C的软硬件协同验证方法 [J], 刘舜奎;蔡艺军3.基于进化硬件的自修复TMR系统设计及其可靠性分析 [J], 姚睿;王友仁;于盛林;高桂军4.基于函数级FPGA原型的硬件内部进化 [J], 赵曙光;杨万海5.基于硬件设计思想的可进化IP核设计 [J], 万弄书因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

人工智能与电子信息科学与技术

人工智能与电子信息科学与技术人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。

它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别，图像识别，自然语言处理，和专家系统等。

而电子信息科学与技术(以下简称“电科”)是当下热门专业之一。

该专业培养具备电子信息科学与技术的基本理论和基本知识，受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练，能在电子信息科学与技术，计算机科学与技术及相关领域和行政部门从事科学研究、教学、科技开发、产品设计、生产技术管理工作的电子信息科学与技术高级专门人才。

这两者作为提升信息产业核心竞争力的基础，关系密不可分，既相互依赖又共同合作，是信息产业和现代服务业自主可控发展的技术保障。

掌握其关键技术并实现产业化，对保障国家安全、促进经济社会发展具有重大战略意义。

一二者相互依存，互惠互利在实现人工智能的过程中，需要用到很多功能强大且独特的电子专用设备。

这些设备大部分要靠具有专业电科技术的人员研发。

如BOOM可移动式显示器和数据手套等。

BOOM可移动式显示器是一种半投入式视觉显示设备。

使用时，用户可以把显示器方便地置于眼前，不用时可以很快移开。

BOOM使用小型的阴极射线管，产生的像素数远远小于液晶显示屏，图像比较柔和，分辨率为1280×1024像素，彩色图像。

它用于模拟与仿真。

数据手套是一种输入装置，它可以把人手的动作转化为计算机的输入信号。

它由很轻的弹性材料构成，该弹性材料紧贴在手上，同时附着许多位置、方向传感器和光纤导线，以检测手的运动。

光纤可以测量每个手指的弯曲和伸展，而通过光电转换，手指的动作信息可以被计算机识别。

而电科的一些研究成果则需要通过人工智能中的虚拟与仿真技术才能比较简单清晰的呈现在人们面前。

硬件内部进化原理及其实现

硬件内部进化原理及其实现
游霞;王友仁;周波
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2006(14)1
【摘要】研究了如何实现硬件的内部进化;讨论了实现硬件内部进化的3个条件:物质基础RC1000板卡、进化算法HereBoy和实时重构接口JBits;给出了硬件内部进化的具体流程,其实质是采用JBits对RC1000板卡上的FPGA进行实时部分重构;实例证明基于JBits API、RC1000板卡和遗传算法实现硬件内部进化是可行的;对不同编码方法及不同进化资源条件下,收敛速度加以比较,结果表明:采用多参数级联编码法,协同进化LUT及其连线,显著改善了收敛速度.
【总页数】3页(P120-122)
【作者】游霞;王友仁;周波
【作者单位】南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6
【相关文献】
1.基于可进化硬件的容错技术及其原理 [J], 龚健;杨孟飞
2.基于函数级FPGA原型的硬件内部进化 [J], 赵曙光;杨万海
3.基于Handel-C的完全内部硬件进化设计 [J], 杨益;方潜生;范庆春
4.进化型硬件及其基本原理 [J], 乔双
5.可进化硬件的基本原理与关键技术 [J], 赵曙光;刘贵喜;杨万海
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基于演化硬件技术的内进化容错模型设计与可靠性研究分析
引言
进化硬件（Evolution Hardware,EHW）指的是仿照自然界中以碳为基的生物进化过程，在现有的FPGA芯片基础上实现可控的“硅基进化”.进化硬件实际上是一种特殊硬件，它可以像生物一样具有自适应、自组织、自修复特性，从而可以根据使用环境的变化而改变自身的结构以适应其生存环境。

进化硬件除了能够生成具有新功能的电路以外，还可用于减少故障的发生，获得容错的功能，从而提高电路可靠性。

1 内进化容错模型
通过在FPGA内部构建运算进化算法的MicroblazeCPU,把决定电路结构和功能的二进制配置位串作为染色体，通过对实际硬件的配置和测试来加速适应度评估过程。

将其进化结果直接用于可重配置电路，以便获得具备预期功能的实际硬件。

内进化设计的方式更充分地利用了可编程器件的芯片资源和可重构特性。

由于将进化硬件特有的快速进化和硬件可重配置结构与FPGA内部算法运行和下载的内进化模式相结合，即可获得具有实时、自适应、容错能力的理想硬件特性。

如图1所示。

从图1可以发现在FPGA 内部主要分为两个区域：
Microblaze CPU和可重配置阵列。

图中的MicroblazeCPU 是基于XILINX 公司FPGA 的微处理器IP 核，和其他外设IP 核一起，可以完成可编程系统芯片（SoPC）的设计。

Microblaze是一个高度灵活可以配置的软核，可以根据设计的需要，对Microblaze 进行裁减，用最少的资源完成设计的需要。

可重配置阵列由可编程单元组成，其规模根据电路的复杂程度和功能需求设定。

其中最基本单元是可编程单元（Programmable Element,PE），由配置寄存器、多路选择器和基本逻辑运算单元组成。

在系统工作时，Microblaze CPU通过数据控制通道配置可重配置阵列，配置完成后可重配置阵列单独工作。

如果嵌入该模型的FPGA 工作环境或功能要求发生了变化，只需重新启动上述进化过程，。