进化硬件(Evolvable Hardware, EHW)又称仿生硬件,是一种能根据外部环境的变化而自主地、动态地改变自身的结构和行为以适应其生存环境的硬件电路,具有自组织、自适应和自修复能力。基于这种优良特性,进化硬件技术在电路设计、自动控制、容错系统、模式识别与人工智能、机器人、太空和深海探索等领域具有广阔的应用前景。针对目前进化硬件存在的电路规模较小的问题,本文研究了一种适合进化较大规模数字电路的多目标进化设计方法,进一步研究了异构冗余系统多目标进化设计方法,设计出规模更大、结构更优、容错能力更强的异构冗余容错系统。论文的主要研究内容如下:(1)研究了一种基于真值表分离置换技术的进化设计方法。该方法采用多级分解进化思想,对真值表变量进行分离,并将真值表置换成新的真值子表,使复杂电路分解成多级简单子电路,进而构造规模更大的数字电路。实验结果表明,新方法能够有效进化出较大规模的数字电路。(2)研究了数字电路多目标进化设计方法。以电路功能、使用资源和时延为设计优化目标,采用真值表输入变量寻优排序策略,在多目标进化算法中引入约束法、小生境法以及最优个体存档法,实现了数字电路的多目标进化设计。实验结果表明,新方法能够进化出资源更少、时延更短的数字电路。(3)研究了异构冗余数字系统多目标进化设计方法。针对现有异构评价方法的不足,设计了合理有效的基于拓扑结构的异构评价策略,利用多目标遗传算法,设计出容错性能更好的异构冗余系统。本文的研究工作受到国家自然科学基金(60871009)与航空科学基金(2009ZD52045)的资助。