演化硬件是把进化算法与可重构硬件相结合,研制能像生物生命一样,根据环境变化而动态调整自身结构的硬件电路设计方法。演化硬件可大大提高电子系统的可靠性和可用性,对需要在特殊工作环境中长期工作的电路设备具有重大意义。数字电路在线进化设计研究是演化硬件一个重要的研究领域。本文首先介绍了演化硬件的基本原理和实现方法,对数字电路的进化技术及发展现状进行了总结和归纳,对仿真实验采用的软硬件平台和程序接口进行了详细地说明。针对演化硬件的演化速率问题,重点研究了自适应算子在演化算法中的作用。借鉴演化策略和模拟退火算法的思想以及HereBoy算法,提出了具有自适应能力的增强型进化算法。采用增强型进化算法在实验平台上对典型数字逻辑电路进行了演化仿真实验,实验结果表明该算法明显提高了演化的速度,缩短了演化的时间。在线进化实现复杂数字电路是目前演化硬件领域的难题之一。本文提出了基于多级分解进化策略的复杂数字电路在线进化思想,研究了数字电路多级编码的方法,给出了复杂数字电路在线进化设计的方案。以典型数字电路为例,验证了多级分解进化方法的有效性。通过进化实验结果表明,采用多级分解进化方法可大大提高数字电路在线进化设计的速度与成功率,有利于提高数字电路在线验证评估的效率。本文的研究工作受国家自然科学基金(60374008,90505013)与航空科学基金(04I52068)的资助。