[pt] Esta dissertação propõe uma nova plataforma reconfigurável analógica destinada à síntese de circuitos analógicos utilizando Algoritmos Genéticos. Plataformas Reconfiguráveis pretendem estabelecer uma nova tendência na síntese de circuitos eletrônicos, digitais ou analógicos. Grande interesse é mostrado por parte dos pesquisadores em relação às características de auto-reconfiguração e auto-adaptação presentes nestas plataformas. Estas são características essenciais aos sistemas que precisam funcionar por muito tempo em ambientes hostis, como por exemplo nas missões de exploração espacial. Industrialmente, estas características são desejáveis na produção de equipamentos em chips reconfiguráveis, a fim de diminuir a taxa de equipamentos descartados por estarem fora das especificações, já que neste caso ele seria reconfigurado. Finalmente, de maneira genérica, estas características de auto-reconfiguração e auto-adaptação da plataforma permitem que circuitos sejam sintetizados, otimizados ou reparados através de métodos evolutivos. O desenvolvimento desta dissertação foi realizado em 4 etapas: pesquisa bibliográfica, especificação e implementação da plataforma e estudo de casos. Na primeira etapa buscou-se estudar a área de Eletrônica Evolutiva, verificando suas maiores conquistas e necessidades. Foi dada ênfase à síntese de circuitos analógicos por evolução extrínseca e consequentemente às plataformas reconfiguráveis analógicas desenvolvidas comercialmente e em laboratórios de pesquisa. A especificação e implementação da plataforma por sua vez ocorreu em três fases ou versões, estando envolvidos o projeto conceitual, a implementação e a obtenção e análise dos resultados em cada uma delas. Na primeira versão buscou- se consolidar o projeto inicial, puramente teórico, implementando um protótipo limitado, que pudesse comprovar a capacidade de reconfiguração e evolução e também as desejáveis características de robustez e transparência. Na segunda versão, implementou-se um Circuito Reconfigurável Analógico maior, permitindo que um número maior de blocos construtores fosse conectado à plataforma, consequentemente permitindo que uma variedade maior de circuitos fosse sintetizada. Na terceira versão, com a técnica estudada e devidamente comprovada pelas versões anteriores, buscou-se melhorar o desempenho da plataforma, implementando uma nova interface entre o Circuito Reconfigurável Analógico e o Algoritmo Genético. Realizou- se um estudo de casos em cada uma das versões descritas acima, objetivando comprovar as características e limitações da plataforma proposta. Na primeira versão, diferentes configurações de inversores foram sintetizadas. Na segunda versão sintetizou-se um ou-exclusivo, que serviu como base de comparação de desempenho com a terceira versão. Nesta última versão sintetizou-se um ou-exclusivo, um multiplexador, um amplificador e um amplificador controlado por tensão. Em relação à síntese, os circuitos sintetizados possuem configurações não convencionais, comprovando a capacidade da técnica de explorar características da física do silício. Além disso, os resultados mostram que a plataforma proposta possui as características desejáveis de uma FPAA, tais como robustez, transparência, flexibilidade e a capacidade de auto- reconfiguração. / [en] This dissertation investigates a new analog reconfigurable platform, developed to supply an environment to evolve generic analog circuits based on discrete components, without the need of simulators. Automatic reconfiguration of programmable devices may potentially be driven by Evolutionary Computation techniques such as Genetic Algorithms. Reconfigurable Platforms promise to establish a new trend in electronic design, where a single device now has the flexibility to implement a wide range of electronic circuits, analog or digital. A major interest is shown by researches towards those platforms characteristics of self- adaptation and self- repairing through automatic reconfiguration. These are essential features for systems that need to perform for a long time in harsh environments such as those employed in space exploration missions. Industrially, those features can be applied on analog Evolvable Hardware chip, with the aim to improve the yield rate and produce smaller circuits. This research had four steps: a study of related works, the concept of the platform, it`s implementation and cases studies. In the first step, the focus was to study about Evolvable Hardware, it`s main researches and published work, eferences, and the area actual position. An emphasis has been given to intrinsic evolution, and consequently, to the study of the analog reconfigurable platforms. The concept of the platform and it`s implementation had three steps, and each one of these had its own concept, implementation and experiments steps. The first step aimed at proving the initial concept, totally theoretical. Due to that a limited prototype has been implemented, and the features of self- adaptation through automatic reconfiguration, tranparency and robustness were studied. In the second step, a bigger Reconfigurable Analog Circuit has been developed, allowing the evolution of a wider range of circuits. In the third step, the initial concept of the plataform was already well proved, so the aim was at developing a better interface between the software and the reconfigurable platform to make the evolution faster. In each one of the steps described above a case study has been done. The focus was to study and prove the platform`s characteristics and drawbacks. The experiments taken in the first step were inverter circuit topologies. In the second step an exclusive-or has been synthetized. The evolution time of this experiment was compared to the evolution time of the same experiment evolved in the third step of implementation of the platform. And in this third step, due to the faster interface, other experiments were evolved, such as a multiplexer circuit and an amplifier. The evolved circuits has shown no conventional designs, proving that the evolutionary algorithms can explore some of the regions beyond the scope of conventional me thods, raising the possibility that better designs can be found. The results have also shown that the proposed platform has the desired features of self-adaptation and self-repairing through automatic reconfiguration, transparency, flexibility and robustness. / [es] Esta disertación propone una nueva plataforma analógica reconfigurable destinada a la síntesis de circuitos analógicos utilizando Algoritmos Genéticos. Las Plataformas Reconfigurables pretenden establecer una nueva tendencia en la síntesis de circuitos electrónicos, digitales o analógicos. Existe gran interés por parte de los investigadores en relación a las características de autoreconfiguración y autoadaptación presentes en estas plataformas. Estas características son esenciales en sistemas que necesitan funcionar por mucho tiempo en ambientes hostiles, como por ejemplo en las misiones de exploración espacial. Industrialmente, estas características son deseables en la producción de equipos en chips reconfigurables, A fin de disminuir la tasa de equipos descartados por estar fuera de las especificaciones, ya que en este caso él sería reconfigurado. Finalmente, de manera genérica, estas características de autoreconfiguración y autoadaptación de la plataforma permiten que la sintetización de los circuitos, otimizados o reparados a través de métodos evolutivos. Esta disertación fue realizada en 4 etapas: investigación bibliografía, especificación e implementación de la plataforma y estudio de casos. En la primera etapa se desarrolla un estudio sobre temas de Electrónica Evolutiva, que contempla las mayores conquistas y necesidades de ésta área. Se enfatizó en la síntesis de circuitos analógicos por evolución extrínseca y como consecuencia en las plataformas reconfigurables analógicas desarrolladas comercialmente y en laboratórios de investigación. La especificación e implementación de la plataforma por su vez ocurrió en tres fases o versiones, que involucra el proyecto conceptual, la implementación, obtención y análisis de los resultados en cada una de ellas. En la primera versión se consolida el proyecto inicial, puramente teórico, implementando un prototipo limitado, que pudiese comprobar la capacidad de reconfiguración y evolución y también las características deseables de robustez y transparencia. En la segunda versión, se implementó un Circuito Reconfigurable Analógico mayor, permitiendo conectar un número mayor de bloques constructores, permitiendo así que una variedad mayor de circuitos fuese sintetizada. En la tercera versión, con la técnica estudiada y comprobada por las versiones anteriores, se buscó mejorar el desempeño de la plataforma, implementando uma nueva interfaz entre el Circuito Reconfigurable Analógico y el Algoritmo Genético. Se realizó un estudio de casos en cada una de las versiones descritas acima, con el objetivo de comprobar las características y limitaciones de la plataforma propuesta. En la primera versión, diferentes configuraciones de inversores fueron sintetizadas. En la segunda versión se sintetizó un o-exclusivo, que sirvió como base de comparación del desempeño con la tercera versión. En esta última versión se sintetizó un o-exclusivo, un multiplexador, un amplificador y un amplificador controlado por tensión. En relación a la síntesis, los circuitos sintetizados poseen configuraciones no convencionales, comprobando la capacidad de la técnica de explorar características de la física del silício. Además, los resultados muestran que la plataforma propuesta posee las características deseables de una FPAA, tales como robustez, transparencia, flexibilidad y la capacidad de auto reconfiguración.

[pt] Esta dissertação investiga a utilização de técnicas de Eletrônica Evolucionária nos processos de reparo e ajuste de circuitos eletrônicos. O objetivo do trabalho foi avaliar o desempenho de algoritmos de computação evolucionária no reparo de circuitos eletrônicos efeituosos e no ajuste e melhoria de circuitos não ótimos, fornecendo desta forma, base teórica e experimental para ferramentas de reparo e ajuste automático de circuitos. A necessidade de ferramentas que efetuem reparos de circuitos eletrônicos em situações emergenciais, bem como a diversidade de defeitos encontrados nos vários tipos de circuito, motivaram esta pesquisa. O trabalho de pesquisa foi desenvolvido em 6 etapas principais: um estudo sobre algoritmos evolutivos e suas aplicações na área da Eletrônica Evolucionária; uma revisão de estratégias de múltiplos objetivos que culminou na proposta de um novo parâmetro de importância para os objetivos dos algoritmos evolutivos e na reformulação do cálculo do erro no Método de Minimização de Energia; o projeto de um protótipo de plataforma reconfigurável; a proposta de uma técnica de reparos e ajustes por evolução extrínseca; a proposta de uma técnica de reparos e ajustes por evolução intrínseca; e o estudo de casos. De acordo com o objetivo do trabalho de avaliar o desempenho do algoritmos evolutivos no reparo e ajuste de circuitos eletrônicos, primeiramente efetuou-se um estudo sobre a aplicação destes algoritmos na área da eletrônica evolucionária. Este estudo envolveu as diferentes formas de representação e avaliação, bem como os principais operadores. Também fez parte deste estudo estratégias de múltiplos objetivos e suas aplicações na otimização e síntese de circuitos, tanto por evolução extrínseca quanto intrínseca. Como resultado deste estudo preliminar, verificou-se a necessidade de reavaliar a metodologia de múltiplos objetivos baseada na minimização de energia, atribuindo valores de importância diferentes aos diferentes objetivos dos algoritmos evolutivos. Foi proposto então um parâmetro Importância do Objetivo que prioriza atender aos objetivos mais importantes desses algoritmos. Ou seja, privilegia as mais relevantes características avaliadas do circuito. Foi ainda revista a fórmula de cálculo do erro no Método de Minimização de Energia, sugerindo-se outra que baseia-se na avaliação do melhor indivíduo. Esta proposta visa direcionar o processo evolutivo para os objetivos não satisfeitos do melhor indivíduo. As técnicas de reparos e ajustes automáticos por evolução extrínseca aqui propostas são muito semelhantes às técnicas de síntese de circuitos por computação evolucionária. Foi dada especial atenção à avaliação dos circuitos e aos objetivos dos algoritmos que estão intimamente relacionados com o circuito original não defeituoso ou com o circuito ideal. Para realizar reparos e ajustes automáticos por evolução intrínseca faz-se necessário o uso de uma plataforma reconfigurável de circuitos eletrônicos. Isto implica em uma diferente forma de representação dos circuitos quando comparamos esta técnica com aquela baseada em evolução extrínseca. Além disso, técnicas de inicialização da população dos algoritmos evolutivos foram utilizadas para orientar a evolução com base na topologia do circuito falho. Para possibilitar a realização de experimentos com evolução extrínseca, foi projetado e implementado um protótipo de plataforma reconfigurável para circuitos analógicos chamada de PAMA. Foram realizados estudos de caso de modo a avaliar o desempenho destas técnicas de reparos e ajustes automáticos tanto por evolução extrínseca quanto por evolução intrínseca. Além disso foi avaliada a relevância e o desempenho do parâmetro Importância do Objetivo. Nos estudos de caso realizados foram utilizados circuitos bem conhecidos, como portas TTL / [en] This dissertation investigates the application of Evolvable Hardware Techniques in the process of repair and adjustment of electronic circuits. The objective of this work was to evaluate the performance of evolvable techniques in the repair of defective electronic circuits and in the adjustment of non-optimum circuits, providing theoretical and experimental basis for self-adjustment and self-repair tools. The need of emergency repair tools for electronic circuits, besides the diversity of damages that can be found in various types of circuits has motivated this research. This research had 6 steps: a study on evolvable algorithms and its application in Evolvable Hardware field; a review of multi-objective strategies that motivated the proposal of the parameter Objective`s Importance and of a new formula to calculate the error in the Energy Minimization Method; the design of a prototype of reconfigurable platform; the proposal of techniques to extrinsically evolve the repair and to adjust circuits; a proposal of techniques to intrinsically repair and adjust circuits; and the case studies. According to the objective of this work of evaluating the performance of evolvable algorithms in the repair and adjustment of electronic circuits, at first a study on representation, evaluation and operators of these algorithms was done. Multi-objective strategies and its applications in extrinsic and intrinsic evolution for optimisation and synthesis of circuits was also part of this study. As result of this preliminary study, was observed that each objective has a different importance. If this importance is not assigned to the objectives, some circuits may have a good fitness but important objectives may not be satisfied while not so important ones may be. The use of a new parameter called Objective`s Importance was proposed to solve this problem. The calculus of the error in the Energy Minimization Method was also reformulated to give more importance to the best individual. The techniques of extrinsic evolvable repair and adjustment proposed here are very similar to the evolvable techniques used to synthesize circuits. The circuits` evaluation and algorithm`s objectives were studied and some changes were proposed. To intrinsically repair circuits is necessary to use a reconfigurable platform of analog circuits. This method is different from the extrinsic one. The individuals representation in this case may vary and depends on the platform used. Techniques to initialise populations were used to seed the population. To make intrinsic evolution experiments possible, a reconfigurable platform for analog circuits called PAMA was designed and implemented. Through the case studies the performance of the techniques proposed were evaluated. Tests with intrinsic and extrinsic systems were done. The relevance and performance of the Objective`s Importance parameter was also studied. Well known analog circuits like TTL gates and amplifiers were used in the experiments. The results showed the accomplishment of such class of techniques and tools, which are very useful to repair circuits, especially in emergencies. Due to the viability of using evolvable techniques and its advantages when compared to the regular methods, the plans are, in future work, to keep testing variations of these methods and testing these techniques in bigger circuits. / [es] Esta disertación investiga la utilización de técnicas de electrónica Evolutiva en los procesos de reparación y ajuste de circuitos electrónicos. El objetivo del trabajo fue evaluar el desempeño de algoritmos de computación evolutiva en la reparación de circuitos electrónicos defectuosos y en el ajuste y mejoría de los circuitos no óptimos, ofreciendo una base teórica y experimental para herramientas de reparación y ajuste automático de circuitos. La necesidad de herramientas que efectuen reparaciones de circuitos electrónicos en situaciones de emergencia, bien como la diversidad de defectos encontrados en los varios tipos de circuito, motivaron esta investigación. El trabajo de investigación fue desarrollado en 6 etapas principales: un estudio sobre algoritmos evolutivos y sus aplicaciones en el área de la Electrónica Evolutiva; una revisión de estrategias de múltiples objetivos que culminó en la propuesta de un nueva parámetro de importancia para los objetivos de los algoritmos evolutivos y en la reformulación del cálculo del error en el Método de Minimización de Energía; el proyecto de un prototipo de plataforma reconfigurable; la propuesta de una técnica de reparaciones y ajustes por evolución extrínseca; la propuesta de una técnica de reparaciones y ajustes por evolución intrínseca; y el estudio de casos. De acuerdo con los objetivo del trabajo de evaluar el desempeño del algoritmos evolutivos en la reparación y ajuste de circuitos electrónicos, primeramente se efectuó un estudio sobre la aplicación de estos algoritmos en el área de la electrónica evolutiva. Este estudio involucró las diferentes formas de representación y evaluación, así como los principales operadores. También forma parte de este estudio las estrategias de múltiples objetivos y sus aplicaciones en la optimización y síntesis de circuitos, tanto por evolución extrínseca como intrínseca. Como resultado de este estudio preliminar, se verificó la necesidad de reevaluar la metodología de múltiples objetivos baseada en la minimización de energía atribuyendo valores de importancia diferentes a los diferentes objetivos de los algoritmos evolutivos. Se propone entonces un parámetro Importancia del objetivo que prioriza atender los objetivos más importantes de esos algoritmos. O sea, favorece las características más relevantes del circuito. Se revisó la fórmula de cálculo del error en el Método de Minimización de Energía sugiriendo otra que se basa en la evaluación del mejor individuo. Esta propuesta direcciona el proceso evolutivo para los objetivos no satisfechos del mejor individuo. Las técnicas de reparación y ajustes automáticos por evolución extrínseca que aqui se proponen son muy semejantes a las técnicas de síntesisde circuitos por computación evolucionaria. Fue dada especial atención a la evaluación de los circuitos y al os objetivos de los algoritmos que están íntimamente relacionados con el circuito original no defectuoso o con el circuito ideal. Para realizar reparaciones y ajustes automáticos por evolución intrínseca se hace necesario el uso de una plataforma reconfigurable de circuitos electrónicos. Esto trae consigo una forma diferente de representación de los circuitos cuando comparamos esta técnica con la basada en evolución extrínseca. Además, técnicas de inicialización de la populación de los algoritmos evolutivos fueron utilizadas para orientar la evolución con base en la topología del circuito fallo. Para poder realizar los experimentos con evolución extrínseca, se proyectó e implementado un protótipo de plataforma reconfigurable para circuitos analógicos llamada de PAMA. Fueron realizados estudios de caso de modo a evaluar el desempeño de estas técnicas de reparaciones y ajustes automáticos tanto por evolución extrínseca cuanto por evolución intrínseca. En los estudios de caso realizados se utilizaron circuitos bien conocidos, como puertas TTL y pré-ampli