电路的自动设计作为进化型硬件的一个重要分支,是指这种电路在没有人工干预的情况下自动调整电路结构以适应环境变化,具有自组织、自修复的特点。近年来,由于进化型硬件电路具有消耗电路逻辑资源少、功耗低等优势,运用进化算法进行电路的自动设计已成为一个研究热点。另外,可编程逻辑器件具有内部结构功能可重复配置的优点,使得在硬件平台上实现进化算法具有很高的可行性。而遗传算法作为进化算法的一个重要分支,具有很好的选择、变异及搜索最优解的特性,将其与并行处理的FPGA硬件语言相结合,可以大大提高算法的收敛速度。因此,本文将状态机的模块化设计思想运用到遗传算法设计上,并将其移植到组合逻辑电路自动设计中,取得了很好地效果,本文主要工作如下:首先系统的分析了遗传算法基本原理及其实现技术,并对遗传算法的各个模块进行详细介绍,然后引出本设计的硬件实现平台——FPGA(Field Programmable Gate Array)及其仿真软件和编程语言。接着将遗传算法的天然并行性运用到FPGA平台上,根据FPGA自顶向下的设计思想将算法按照模块划分,划分思想是基于有限状态机的模块化设计,本文提出一种归一化的系统设计方法,通过中规模集成器件设计状态机中组合逻辑部分,通过集成计数器设计时序逻辑部分,以四进制加减法计数器为例,验证了状态机模块化设计方法的有效性。然后对算法的各个模块功能进行详细介绍,在遗传算法编码方式上进行创新结合基因表达式编程算法,将逻辑门与输入信号结合成逻辑块,大大缩短了二进制编码的长度,解码采用表达式树的形式从下到上将表达式树翻译成逻辑电路。同时采用双点交叉的交叉算子来进行部分基因的交换,实现交叉操作,然后根据交叉算子及变异算子来进行部分基因的更新,保证种群的多样性,提高遗传算法的局部搜索能力。最后采用Verilog HDL语言编写代码实现各个模块的功能,在Vivado 2018.3开发集成环境中对各个模块分别进行了语法分析、检查、功能仿真、综合布局布线,并完成整个设计的验证。实验结果表明,本文的模块化设计思想在基于FPGA的遗传算法上得到了验证,且结构简单,收敛速度得到了改善,具有一定的实用性,为算法在更复杂、更高速的场景应用做好了前期的基础准备工作。