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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文混合蛙跳算法的FPGA实现技术研究论文作者：梁晨光学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：电子与通信工程指导教师：高振斌职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectronicandCommunicationEngineeringResearchonImplementationTechniqueofShuffledFrogLeapingAl
2、gorithmbasedonfieldprogrammablegatearraybyLiangChenguangSupervisor:Prof.GaoZhenbinMay20174摘要混合蛙跳算法（SFLA）是一种启发式群体进化算法，具有高效的计算性能和优良的全局搜索能力，已成为解决大规模优化问题很好的方法。通常算法用软件实现，但根据便携式、移动式的设备的需求，如果将智能算法移植到嵌入式系统中，可以有效地提升设备的处理能力。因此本文研究了在FPGA上实现SFLA算法的技术，将设计电路用于图像处理，取得了较好的效
3、果。本文分析了SFLA的计算过程，将算法分为蛙的适应值存储、划分蛙子群、子群内部比较、更新替换、种群比较五个步骤。根据算法步骤设计了SFLA的FPGA实现方案，确定蛙数据的表示方法，将蛙地址、蛙数据、蛙适应值合并存储，通过改变存储地址输入顺序实现子群划分，使用比较器依据更新规则替换掉最差的蛙变量，设计了状态机作为控制模块完成了迭代计算，最终得到全局最优解。本文使用VHDL语言在VIVADO平台上实现SFLA的设计，并利用MODESIM进行联合仿真，以sphere测试函数作为优化目标，验证SFLA的FPGA设计方
4、案的功能正确性。然后将SFLA的FPGA实现方案应用到图像分割中，选用大津算法作为阈值评估函数，依据大津算法的流程，设计了灰度直方图统计、OTSU参数计算、适应值计算三个模块并完成了系统电路设计，以大津算法作为评判标准，SFLA作为寻优过程，通过20个初始值采用4*5的分组方式，在迭代8次过程中找到最佳的灰度阈值，仿真结果与MATLAB的计算结果一致，验证了应用方案的正确性。在xc7x010clh400-1芯片上，SFLA模块占用743个slices，时钟处理速度可达62.5MHz。阈值寻优整体占用6499个s
5、lices，从输入数据到灰度统计结束需要16384个时钟周期，从灰度统计结束到找到最佳阈值需要12513个时钟周期。关键字：混合蛙跳算法FPGA大津算法图像分割IABSTRACTShuffledfrogleapingalgorithm(SFLA),aheuristicpopulationevolutionaryalgorithm,withefficientcomputingperformanceandexcellentglobalsearchability,hasbeenagoodmethodforsolvin
6、gmassiveoptimizationproblem.Usually,thealgorithmisimplementedbysoftware,however,accordingtotherequirementsofportableandmobiledevices,iftheintelligentalgorithmistransplantedintotheembeddedsystem,theprocessingabilityofthedevicecanbeeffectivelyimproved.Therefor
7、e,thispaperstudiesthetechniquetoachievetheSFLAalgorithmonFPGA,whichappliesthecircuittoimageprocessing,thisapplicationwillachievepreferableresults.ThispaperanalyzesthecalculationprocessofSFLA,thealgorithmisdividedintofivesteps:adaptivevaluestorage,divisionoff
8、rogsubgroup,comparisonofsubgroup,updateandcomparisonofpopulation.Basedonalgorithmprocedure,theschemedeterminestherepresentingmethodoffrogdata.Frogaddress,frogdata,frogfitnessvaluesaremergedstora
