软硬件协同的遗传算法设计

来源：计算机技术与发展杂志2021年第11期北京时间：

作者：聂鑫;';殷若兰;刘海峰

单位：1. 智能机器人湖北省重点实验室,湖北 武汉 430205;2. 武汉工程大学 计算机科学与工程学院,湖北 武汉 430205;3. 华为技术有限公司,广东 深圳 518000

摘要：针对软件和硬件实现方式各自的优点及不足,提出了遗传算法的软硬件协同设计方法,并且将这种方法在 FPGA上进行了具体的实现。 首先对遗传算法流程中的各个模块进行了详细的分析,根据软硬件的不同特点以及设计实现的目标,对遗传算法的功能模块进行了软硬件划分,然后对硬件实现的部分进行了详细的介绍,包括模块之间的连接,模块的内部状态机,模块的端口,所有硬件模块的功能仿真。 同时,为了保证软硬件之间的正常通讯,提出了一种新的软硬件交互通讯协议。 最后将硬件实现部分做成通用 IP 核,方便其他设计者使用,并给出了软硬件协同的遗传算法在二进制问题和 0-1 背包问题两个实例中的具体应用数据。 通过与纯软件实现方式的实验数据进行比较,提升了算法运行时间 50% 的效率,且算法的收敛性保持一致,进一步验证了该算法的适用性及高效性。

关键词：遗传算法;FPGA;软硬件协同;软硬件划分;IP 核;0-1 背包问题