电子电路设计的创新路径分析

王鹏

【摘要】随着新时期的发展，科学与生物学紧密的结合下，计算机技术与电子技术更是迅猛发展，新的电子电路设计随着环境的改变、时间的推移，它也在与时俱进，显示出其强大的适应性和优越性，笔者在本文中对电子电路设计的创新路径进行深入的分析，以期获得一条设计电子电路的新途径

【关键词】电子电路设计创新路径分析

科技的不断提高下，電子产品的辐射范围越来越大，其已经可以成为一个国家现代化、信息化的重要标志。电子工业领域中的许多技术的到广泛应用，如：数字技术、卫星技术、光纤技术和激光技术等。在文中，笔者主要对可进化硬件EHW的本机制和一些技术进行了分析，然后在高可靠性电子电路中使用这种技术进行了分析。

1.EHW的机理及相关技术

目前，世界上最精密的生物系统就是人体，人体基因随时间变化不断的进化着，因此人体就可以在细胞病变之前诊断出，并且治愈。由此，科学家们开发出了可进化硬件。

1.1现场可编程逻辑阵列

现场可编程逻辑阵列是根据可在线编程是一个逻辑电路。开展工作的时候需要编程RAM设置现场逻辑阵列的功能。用户使用原理图或硬件对逻辑电路进行语言描述，然后开发软件编辑出数据流，最后把数据流存在RAlD里。也就是说上述的数据流决定了电路的逻辑关系。断电后的FPGA是白条状的，也就是说里面的逻辑关系没有了，所以需要灌输不同的数据流才可以获得不同的硬件系统，这一大特色也是实现EHW的一个特征。

1.2遗传算法

遗传算法模拟自然中生物的遗传和进化过程，是一种适应全局的优化算法。它把要解决的问题进行编码，而可行解用字符串表示，这种物种进化理论对应在人体就是染色体或个体。随机产生一个个体---种群，他们是假设解。这些假设的解决方案放在解决问题的环境下，对选择个体解得满意度或竞争机制经过不同遗传操作，对原种群的下一代或个体较差的进行替代，一直进化下去，直到出现满足的条件，最后用最优解，解决问题。

2可进化电路设计环境

上述的硬件以及软件可以在设计系统环境下进化电子电路设计。系统的设计环境对于测试和FPGA构架的硬件配置非常有用。遗传算法包、FPGA开发系统板、用于数据采集的硬件以及进行适应度评价的软件、用户界面程序和电路仿真软件都是设计环境的内容。

遗传算法可以通过一个能够对基因组进行进化计算的程序包在计算机上的使用来实现。硬件描述染色体是从计算机上下载下来的，需要借助通信电缆下载到FPGA器件上。接着借助口传将布线产生的结果输入到计算机上。有些对软件和硬件做的适应度评价是以仪器的数据采集为基础的，硬件通过接口码与遗传算法进行连接，就可以很好的实现评估。并且还会出现一个用户界面，能够将设计的结果及出自俺的问题直观的显现出来。遗传算法可以在每一代的染色体组中产生下一代新的染色体组，并对其进行转换，以数据的形式输人到实验板上，进而展开研究。通过SPICE这样的电路仿真软件来实现对电子电路设计的进化，相应的就会将染色体变成仿真软件中的染色体，做仿真运行，再经过软件的评估设计的结果就会产生。

3对电子电路设计架构进行进化

（1）初步方案需要在遵循设计目的的基础上产生，借助一组染色体（0和1的数据串）进行表示，而设计的各个部分则借助一个个的个体来代表。硬件系统的构建需要对染色体进行转换，转换成控制数据并下载到FPGA上，从新定义FPGA开关，进而明确硬件单元内的重建联接。FPGA器件的硬件在进化设计方面具有很多的优势，既可以接受任何组合的数据流下载，并且还能保证设备的完好无损。

（2）对新个体进行统计时要保证是在适应度的基础上，并且个体的选择也要以统计结果作为依据。在同一部分选择出的个体必须要保存其原有的状态，除此之外的个体就需要依据遗传算法做相应的修改，例如为了保证下一代具有更高水平的适应性，就可以对其进行交叉和变异。接着就需要对硬件进行进化，需要先将下一代染色体转化为控制数据流，再将控制数据流下载到FPGA上。

（3）对比设计结果与之前的设计目标，以错误的表象作为标准对系统的适应度进行描述。而在该过程中检测和评价都需要借助于软件来进行。为了产生最优秀的下一代个体，就需要对个体依据适应度进行排位，保证这一代中选出的个体是最好的。

（4）不断地对产生新一代的工序哦程序进行重复，直到产生的新个体的适应能能够与所需的适应能相适应。

4结语

从广义角度而言，我们可以以复杂的动态变化系统来看待一般的进化过程。从这一点看，将“可进化”的特征应用在大量的人工系统中，系统的性能就会受到来自于外界环境的干扰。除了进化系统，遗传算法还可以利用在胚胎工程、神经网络及人工智能等多个领域。利用可进化设计出的软件并不是完善的，还存在很多类似于系统鲁棒性这样的问题，即便如此，但笔者仍相信不久之后，可进化设计方法必定会取代传统的电子电路设计方法，复杂度也将不会成为系统设计的妨碍。除此之外，系统具有复杂且变化多样的环境，在这样的环境中硬件具有自重构能力，正是这一能力能够在很大程度上影响到人不能够直接参与的系统工作。所以，本研究将不断地进行深入，使可进化硬件技术逐渐走向成熟，并在更广泛的范围内进行应用，为人们的生活提供更多的便利。

参考文献：

[1]陈迅，李绍鹏，杨海兴，孙睿. “数字电子技术”实验教学改革初探[J].镇江高专学报. 2011（02）

[2]来永斌.本科毕业设计创新能力培养探讨[J].科技创新导报.2010（20）

[3]赵坤.第二课堂对大学生培养工作的启示[J].中外企业家. 2009（24）

[4]傅彬.改进电工电子实验教学模式的初探[J].中国高新技术企业.2008（07）