Разработка и исследование алгоритмов синтеза конечных автоматов для автономных эволюционных аппаратных средств

• Автор: Ляшов, Максим Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.12, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Исследование способов создания автономных систем на основе эволюционных аппаратных средств
1.1 Эволюционные аппаратные средства
1.2 Классификация эволюционных аппаратных средств ЕЗ Анализ алгоритмов синтеза конечных автоматов
1.3.1 Минимизация и кодирование внутренних состояний конечных автоматов
Е3.2 Двухуровневый и многоуровневый синтез
1.4 Постановка задачи диссертационной работы
1.5 Выводы
2 Особенности проектирования эволюционных аппаратных средств с использованием современных САПР
2.1 Этапы проектирования эволюционных аппаратных средств на ПЛИС
2.2 Использование встроенных средств ПЛИС для отладки эволюционных аппаратных средств
2.3 Принципы оперативного изменения поведения системы
2.4 Маршрут проектирования эволюционных аппаратных средств на ПЛИС
2.5 Выводы
3 Разработка эволюционных алгоритмов синтеза конечных автоматов
3.1 Построение реконфигурируемых конечных автоматов на ПЛИС
3.1.1 Разработка реконфигурируемой структуры на ПЛИС
3.1.2 Применение блоков памяти ПЛИС для реализации комбинационных схем
3.2 Генетический алгоритм кодирования состояний конечного автомата и его теоретическая оценка
3.3 Аппаратно-ориентированный генетический алгоритм синтеза конечных автоматов и его теоретическая оценка
Приложение В - Принципиальные схемы узлов ядра микроконтроллера

3.4 Разработка устройства аппаратной реализации генетического алгоритма
3.4.1 Технические характеристики устройства аппаратной реализации генетического алгоритма
3.5. Выводы
4 Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов
4.1 Разработка инструментальной среды
4.2 Определение управляющих параметров разработанных генетических алгоритмов
4.3 Определение временной сложности разработанных генетических алгоритмов

4.4 Сравнение результатов генетического алгоритма кодирования состояний конечного автомата
4.5 Сравнение результатов генетического алгоритма синтеза конечных автоматов
4.5.1 Задача об «Умном муравье»
4.5.2 Задача построения автопилота для упрощенной модели вертолета
4.6 Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение А - Акты об использовании результатов диссертационной работы
Приложение Б - Охранные документы на объекты интеллектуальной собственности

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЛУ - Арифметико-логическое устройство.
БИС - Большая интегральная схема.
БП - Блок памяти.
ГА - Генетический алгоритм.
КА - Конечный автомат.
ЛЭ - Логический элемент.
МК - Микроконтроллер.
МП - Микропроцессор.
ОЗУ - Оперативное запоминающее устройство.
ПК - Персональный компьютер.
ПЛИС - Программируемые логические интегральные схемы. ПЛМ - Программируемые логические матрицы.
РЛБ - Реконфигурируемый логический блок.
САПР - Системы автоматизированного проектирования.
УУ - Устройство управления.
ЭА - Эволюционные алгоритмы.
ЭАС - Эволюционные аппаратные средства.
аппаратной части - функциональных схем. Первый вариант больше тяготеет к последующей программной реализации, а второй - к уровню регистровых передач. Возможным вариантом для достаточно сложных ЭАС будет разумное совмещение и поведенческого, и структурного разбиения проекта. Разбиение осуществляется не только в рамках одного уровня иерархии. Для большинства проектов выполняется также разбиение на иерархически организованные уровни.
На этом этапе САПР используются для структурного или поведенческого описания ЭАС. При структурном подходе редактор интерфейса блоков и блочный редактор используют в комбинации. Первый позволяет описывать интерфейс используемых блоков, а второй - соединение блоков между собой. Тем самым осуществляется разделение структурного и поведенческого описаний, и декомпозиция проекта может на начальных этапах проектирования осуществляться без детализации поведения составных частей. Практически все современные САПР включают в свой состав те или иные специальные средства редактирования проекта на уровне блоков [2,41]. Важной является возможность непосредственного использования результатов такого представления на последующих этапах проектирования.
Альтернативным является функциональный (поведенческий) подход. Возможность автоматизации работ при этом определяется допустимостью повышения уровня абстракции описаний составляющих блоков при сохранении способности последующей детализации в рамках той же САПР. Для ЭАС в которых явно потребуется в том или ином виде процессорное ядро наибольшее распространение получили методы задания спецификации проекта на языках, производных от С++.
Этап 3. Содержательное описание ЭАС и его частей
Основные задачи данного этапа - выбор допустимых для реализации
каждого уровня иерархии элементов, определение связей, и настройка