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克隆算法

基于FPGA的遺傳算法硬件實現(xiàn)研究

遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經(jīng)成功地應用于許多難優(yōu)化問題，現(xiàn)已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現(xiàn)遺傳算法能夠充分發(fā)揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結(jié)合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現(xiàn)有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優(yōu)缺點及研究現(xiàn)狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現(xiàn)的粗粒度并行遺傳算法。我們構(gòu)建的基于FPGA構(gòu)架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現(xiàn)各模塊功能。經(jīng)過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現(xiàn)在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數(shù)的優(yōu)化問題，給出了實驗結(jié)果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調(diào)用。最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數(shù)優(yōu)化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。

標簽： FPGA 算法硬件實現(xiàn)研究

上傳時間： 2013-07-22

上傳用戶：誰偷了我的麥兜
三維圖形幾何管線的算法

近年來，計算機圖形學應用越來越廣泛，尤其是三維(3D)繪圖。3D繪圖使用3D模型和各種影像處理產(chǎn)生具有三維空間真實感的影像，應用于虛擬真實情況以及多媒體的產(chǎn)品上，且多半是使用低成本的實時3D計算機繪圖技術(shù)為基礎。在初期3D圖形學剛起步時，由于圖形簡單，因此可以利用CPU來運算，但隨著圖形學技術(shù)的發(fā)展，所要繪制的圖形越來越復雜，這時如果單純依賴CPU來處理，不能達到實時的要求，因此需要專門的硬件來加速圖形處理，GPU(圖形處理單元)因此出現(xiàn)了。不過由于3D圖形加速硬件的復雜性和短壽命，這極大地提高了對硬件開發(fā)環(huán)境的需要。為了更好的對設計進行更改和測試，不能僅僅用專門定制的方法來設計，需要其他的方：硬件描述語言(HDL)和FPGA。隨著計算機繪圖規(guī)模的需要，借助輔助硬件資源，來提高圖形處理單元(GPU)處理速度的需求越來越普遍。自從15年前現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)開始出現(xiàn)以來，其在可編程硬件領域所起的作用越來越大。它們在速度、體積和速度方面都有了很大的提高。這意味著FPGA在以前只能使用專用硬件的場合越來越重要。其中一個應用領域就是3D圖形渲染，在這個研究領域里人們正在利用具有可編程性能的FPGA來幫助改進圖形處理單元(GPU)的性能。能夠在廉價、可動態(tài)重新配置的FPGA上實現(xiàn)復雜算法來輔助硬件設計。本文的設計就是通過在FPGA上實現(xiàn)3維圖形幾何處理管線部分功能來提高圖形處理速度。具體實現(xiàn)中使用硬件描述語言(Verilog HDL)進行邏輯設計，并發(fā)現(xiàn)問題解決問題。本文主要特色如下： 1.針對幾何變換換子系統(tǒng)，提出一種硬件實現(xiàn)方案，該方案能對基本的幾何變換如：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和投影進行操作。首先構(gòu)造出總體變換矩陣，隨后進行矩陣乘法運算，再進行投影變換，最后輸出變換座標。提出一種脈動陣列結(jié)構(gòu)，用于兩個矩陣的乘法運算。找到一種快捷的方法來實現(xiàn)矩陣相乘，將能大大提高系統(tǒng)的效率。 2.對于3D圖形裁剪，文中描述了一種裁剪引擎，它能夠處理3D圖形中的裁剪、透視除法以及視口映射的功能。硬件實現(xiàn)的難度取決于裁剪算法的復雜程度。我們在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基礎上提出一種新的裁剪算法，該算法通過去除冗余頂點以提高處理速度，同時利用編碼來判斷線段可見性的方法使得硬件實現(xiàn)變得很容易。 3.最后，我們在FPGA上實現(xiàn)了幾何變換以及三維裁剪，并與C語言的模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果正確，且三維裁剪能夠以3M個三角形/s的速度運行，滿足了圖形流水中的實時性要求。

標簽： 三維圖形幾何算法

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：yerik
橢圓曲線密碼體制的數(shù)字簽名算法

隨著計算機運算速度的提高和計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，基于離散對數(shù)問題和大整數(shù)因子分解問題的數(shù)字簽名算法越來越不能滿足信息安全的需要。為了滿足信息安全的要求，安全性依賴于橢圓曲線離散對數(shù)困難問題(ECDLP)的橢圓曲線密碼體制是當前密碼學界研究的熱點之一。現(xiàn)有的求解ECDLP的算法都是全指數(shù)時間復雜度的算法。由于專用集成電路具有速度快、性能好、安全性高等優(yōu)勢，使得采用專用集成電路來實現(xiàn)橢圓曲線密碼體制己成為主要趨勢。因此，本課題著眼于應用，針對基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的FPGA實現(xiàn)進行了較為深入的探討與研究。本課題從實際應用的需要出發(fā)，以初等數(shù)論、有限域理論、數(shù)字簽名技術(shù)和橢圓曲線理論為依據(jù)，確定了如下基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的硬件實現(xiàn)方案：首先，對實現(xiàn)基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法所需的算法和技術(shù)進行了剖析和系統(tǒng)設計。然后，按照層次化、模塊化的設計思想，在Xinlinx公司的ISE 7．1工具中，采用硬件描述語言VHDL作為設計輸入，對各運算器和控制模塊進行電路設計；采用Menter公司的ModelSim SE 6.2b工具對之進行功能仿真，以保證底層設計的正確性。最后，在確保每個模塊的設計正確的前提下，完成電路的總體設計，再進行總體設計的仿真與測試。本課題對Schnorr數(shù)字簽名算法的改進，實現(xiàn)了比未改進前的Schnorr數(shù)字簽名算法平均節(jié)省三分之一的運行時間。對基于橢圓曲線數(shù)字簽名算法的設計也獲得了良好的指標：產(chǎn)生簽名只需要1ms多的時間，驗證簽名也需要不到3ms。本課題的研究對實現(xiàn)電子交易安全方面有重要的作用，尤其是在密鑰分配、電子貨幣、電子證券、電子商務和電子政務等領域都有重要的應用價值，其成果具有廣泛的應用前景。

標簽： 橢圓曲線密碼體制數(shù)字簽名算法

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：獨孤求源
幾種用于FPGA的新型有效混合布線算法

采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以快速實現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時常常需要數(shù)小時的時間，以至于許多設計者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價來提高編制速度。電路編制過程中大部分時間花費在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時間。許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當前最為流行的兩種。然而它們各有缺點：基于SAT的布線算法在可擴展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當實際問題具有嚴格的布線約束條件時，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動態(tài)的基礎上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對象，該模型僅需3個適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺上運行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個大規(guī)模電路作為基準，并在布線前采用VPR399對每個電路都生成30個布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預制電路上運行。 2、詳細研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動的布線算法PathFinder，一種快速的時延驅(qū)動的布線算法VPR430和一種協(xié)商A

標簽： FPGA 布線算法

上傳時間： 2013-05-18

上傳用戶：ukuk
紋理映射算法研究與FPGA實現(xiàn)

紋理映射在計算機圖形計算中屬于光柵化階段，處理的是像素，主要的特點是數(shù)據(jù)的吞吐量大，對實時系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)換的速度是一個關(guān)鍵的因素，人們尋求各種加速算法來提高運算速度。傳統(tǒng)的方法是用更快的處理器，并行算法或?qū)Ｓ糜布ｋS著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，尤其是可編程邏輯門陣列(FPGAs)的發(fā)展，提供了一種新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的發(fā)展，當前的FPGA芯片已經(jīng)能夠運算各種圖形算法，而在速度上與專用的圖形卡硬件相同。因此，F(xiàn)PGA芯片非常適合這項工作。本文主要工作包括以下幾個方面： 1、本文提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法，改進了MIPmapping映射細化層次算法及紋理圖像的存儲方式，減少紋理尋址的計算量，提高紋理存儲的相關(guān)性。詳細內(nèi)容請閱讀第三章。 2、提出了一種MIPmapping紋理映射優(yōu)化方法的硬件實現(xiàn)方案，該方案針對移動設備對功耗和面積的要求，以及分辨率不高的特點，在參數(shù)空間到紋理地址的計算中用定點數(shù)來實現(xiàn)。詳細內(nèi)容請閱讀第四章。 3、實現(xiàn)了紋理映射流水線單元紋理地址產(chǎn)生電路，及紋理濾波電路的FPGA設計，并給出設計的綜合和仿真結(jié)果。詳細內(nèi)容請閱讀第五章4、實現(xiàn)了符合IEEE 754單精度標準的乘法、乘累加及除法運算器電路。乘法器采用改進型Booth編碼電路以減少部分積數(shù)量，用Wallace對部分積進行壓縮；乘累加器采用multiply-add fused算法，對關(guān)鍵路徑進行了優(yōu)化；除法器為基于改進型泰勒級數(shù)展開的查找表結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，查找表尺寸只有208字節(jié)，電路為固定時延，在電路尺寸、延時及復雜度方面進行了較好的平衡。

標簽： FPGA 映射算法研究

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：yxvideo
H.264編碼器幀內(nèi)預測算法的研究

目前，H.264是圖像編碼研究領域的一個熱點。它在語言結(jié)構(gòu)、預測算法、數(shù)據(jù)變換等方面做了很大的改進，在低碼率傳輸、高清晰度顯示及網(wǎng)絡接入等性能上相比以往標準有了顯著提高，使得H.264在視頻會議、視頻點播、數(shù)字電視和手...

標簽： 264 編碼器幀內(nèi)預測法的研究

上傳時間： 2013-05-27

上傳用戶：jjj0202
MUSIC算法的FPGA實現(xiàn)

在軍事通信和民用通信的許多場合，都需要估計無線電信號的方向(DOA)。信號子空間方法是陣列測向方法中非常重要的一類。1979年Schmidt提出的 MUSIC算法是信號子空間方法的基礎，具有高精度和高分辨的性能。但是由于算法的...

標簽： MUSIC FPGA 算法

上傳時間： 2013-07-17

上傳用戶：王慶才
經(jīng)典算法大全

c語言經(jīng)典算法大全，讓您通過實例感受到編程的美妙境界

標簽： 算法

上傳時間： 2013-07-30

上傳用戶：熊少鋒
51單片機增量式PID控制算法

當執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動步進電動機）時，需要用PID的“增量算法”。增量式PID控制算法可以通過（2-4）式推導出。

標簽： PID 51單片機增量式控制算法

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：haoxiyizhong
一種求解單件車間調(diào)度問題的單親遺傳算法

針對單件車間調(diào)度問題，設計一種基于整數(shù)編碼的單親遺傳算法。該算法既具有單親遺傳算法運算量小、不存在“早熟收斂”現(xiàn)象等優(yōu)點，在編碼中又體現(xiàn)了單件車間調(diào)度的“保序性”等工藝約束條件，增強了調(diào)度算法的整體性

標簽： 車間調(diào)度單親遺傳算法

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：笨小孩