Ewolucyjne projektowanie polimorficznych układów cyfrowych

• Autorzy: Słowik, A.

Warianty tytułu

EN

Evolutionary design of polymorphic digital circuits

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy przedstawiono zastosowanie algorytmu ewolucyjnego do projektowania polimorficznych kombinacyjnych układów cyfrowych. Elektronika polimorficzna jest stosunkowo nowym kierunkiem badań w ramach, którego opracowano cyfrowe bramki polimorficzne. Zaletą tych bramek jest to, że pojedyncza bramka polimorficzna może realizować kilka funkcji logicznych. Funkcje te ulegają zmianie w zależności np. od napięcia zasilania układu, dając możliwość niemal natychmiastowej rekonfiguracji układu. Do projektowania typowych kombinacyjnych układów cyfrowych można zastosować jedną z wielu metod (np. Map Karnaugha, Quinea-McCluskeya) lub wykorzystać gotowe oprogramowanie służące do optymalizacji układów cyfrowych (np. SIS, MVSIS, ESPRESSO). Projektowanie cyfrowych układów kombinacyjnych w oparciu o bramki polimorficzne jest utrudnione. Dlatego w niniejszej pracy przedstawiono wykorzystanie algorytmu ewolucyjnego do projektowania polimorficznych układów cyfrowych. W algorytmie zastosowano wielowarstwowe chromosomy, dzięki którym podczas procesu krzyżowania wymianie podlegają całe bramki w układzie bez zmiany ich struktury wejść. W niniejszym artykule, przy użyciu proponowanej metody zaprojektowano kilka polimorficznych układów cyfrowych a uzyskane wyniki porównano z wynikami przedstawionymi w literaturze.

EN

In the paper an application of evolutionary algorithm to design polymorphic combinational digital circuits is presented. Polymorphic electronics is a relatively new research area. In this area polymorphic digital gates have been developed. The main advantage of these gates is that a single polymorphic gate can realize several different logical functions. These functions can be switched depending on the change of the value of the power voltage supply, for example; therefore, we have a possibility of circuit reconfiguration in extremely short time. To design typical combinational digital circuits one of several methods (like Map Karnaugh method, Quine-McCluskey method) or one of software developed and dedicated to optimization of digital circuits (like SIS, MVSIS, ESPRESSO) can be used. However, the design process of polymorphic combinational digital circuits is more complicated. Therefore, in this paper, the application of evolutionary algorithm to design of polymorphic combinational digital circuits is presented. In proposed method, the multi-layer chromosomes are used. Due to these chromosomes during the cross-over operation, the whole gates are replaced by other gates in the circuits without change of their inputs structures. In this paper, several polymorphic digital circuits have been designed using proposed method. The results obtained using presented method are compared with the results taken from literature.

Słowa kluczowe

PL

algorytmy ewolucyjne; układy cyfrowe; chromosom wielowarstwowy

EN

evolutionary algorithms; digital circuits; multi-layer chromosomes

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 89, nr 5
• Strony: 248-250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Słowik, A.

• Politechnika Koszalińska, Wydział Elektroniki i Informatyki,

Bibliografia

• [1] Słowik A., Wpływ reprezentacji rozwiązań na zwiększenie efektywności ewolucyjnego projektowania kombinacyjnych układów cyfrowych, Przegląd Elektrotechniczny, 7 (2010), 172-174
• [2] Stoica A., Zebulum R., Keymeulen D., Polymorphic Electronics, LNCS, Volume 2210/2001, Springer Berlin / Heidelberg, (2001), 291-302
• [3] De Micheli G., Synthesis and Optimization of Digital Circuits. McGraw-Hill, New York (1994)
• [4] Michalewicz Z., Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs. Springer, Heidelberg (1992)
• [5] Liang H., Luo W., Wang X., Designing polymorphic circuits with evolutionary algorithm based on weighted sum method, In Proceedings of the 7th international conference on Evolvable systems: from biology to hardware (ICES'07), Lishan Kang, Yong Liu, and Sanyou Zeng (Eds.). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 331-342
• [6] Gajda Z, Sekanina L., Gate-level optimization of polymorphic circuits using Cartesian genetic programming. In Proceedings of the Eleventh conference on Congress on Evolutionary Computation (CEC'09). IEEE Press, Piscataway, NJ, USA, (2009) 1599-1604
• [7] Sekanina L., Evolutionary design of gate-level polymorphic digital circuits, LNCS, 3449 (2005), 185-194
• [8] Miller J ., Kalganova T ., Lipnitskaya N., Job D., The Genetic Algorithm as a Discovery Engine: Strange Circuits and New Principles. In: Proceedings of the AISB Symposium on Creative Evolutionary Systems, Edinburgh, UK (1999)
• [9] Kalganova T., Miller J., Evolving more efficient digital circuits by allowing circuit layout and multi-objective fitness. In: Proceedings of the First NASA/DoD Workshop on Evolvable Hardware, Los Alamitos, California (1999) 54–63
• [10] Coello Coello C.A., Christiansen A.D Aguirre A.H., Use of Evolutionary Techniques to Automate the Design of Combinational Circuits, International Journal of Smart Engineering System Design (2000)
• [11] Slowik A., Bialko M., Design and Optimization of Combinational Digital Circuits Using Modified Evolutionary Algorithm. In: Rutkowski L., Siekmann J.H., Tadeusiewicz R., Zadeh L.A. (eds.) ICAISC 2004. LNCS (LNAI), 3070 (2004), 468-473
• [12] Coello Coello C.A., Aguirre A.H., Buckles B.P., Evolutionary Multiobjective Design of Combinational Logic Circuits. In: Proc. of the Second NASA/DoD Workshop on Evolvable Hardware, Los Alamitos, California, (2000), 161-170
• [13] Slowik A. , Bialko M. , Evolutionary Design and Optimization of Combinational Digital Circuits with Respect to Transistor Count, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences, 54 (2006), No. 4, 437-442
• [14] Goldberg D.E., Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning, Addison-Wesley Publishing Company Inc., New York (1989)
• [15] Słowik A., Białko M., Design and Optimization of Combinational Digital Circuits Using Modified Evolutionary Algorithm, Proceedings of Seventh International Conference on Artifficial Intelligence and Soft Computing, ICAISC 2004, LNAI, 3070 (2004), 468-473