🧬 元胞自动机课程

从Conway到Langton到Lattice Gas，Verilator验证 | 25课完整课程

本课程从零开始教授元胞自动机（Cellular Automaton）的理论与实践，涵盖一维自动机、二维自动机、人工生命、物理仿真和实战项目五大阶段。每课包含数学原理、Verilog硬件实现、仿真验证、练习和成就系统。

25

课程

5

阶段

56

Verilog模块

✅

Verilator验证

📚 第一阶段：一维自动机（1-5）

基础理论 Wolfram规则硬件引擎

01元胞自动机概述 — CA形式化定义、历史脉络、Wolfram分类
02一维初等CA（Wolfram规则） — 规则编码、等价类、XOR型优化
03规则30与随机性 — 混沌CA、PRNG硬件、统计验证
04规则110与计算通用性 — 粒子碰撞、循环标签系统、图灵完备
05一维CA硬件引擎 — 寄存器/SRAM架构、VGA显示、完整SoC

🌐 第二阶段：二维自动机（6-10）

Conway生命游戏硬件加速 VGA显示

06Conway生命游戏 — B3/S23规则、滑翔机、振荡器、Gosper枪
07生命游戏硬件加速 — 全并行/行缓冲/增量更新架构
08高寿命规则 — B/S规则变体、HighLife自复制器、Day&Night对称
09Von Neumann邻域变体 — 4邻居CA、Margolus邻域、可逆CA
10二维CA显示引擎 — 双缓冲、颜色映射、VGA/HDMI时序

🧬 第三阶段：人工生命（11-15）

Langton 自复制演化

11Langton蚂蚁 — 简单规则涌现高速公路、多色广义蚂蚁
12Langton回路 — 8状态自复制CA、信号传播与臂生长
13自复制结构 — von Neumann构造器、信息论下界、自指
14人工生命演化 — 遗传算法CA、锦标赛选择、Tierra
15生态系统仿真 — 捕食-猎物CA、Lotka-Volterra、空间生态

🌊 第四阶段：物理仿真（16-20）

Lattice Gas 扩散波动

16Lattice Gas自动机 — HPP模型、碰撞-传播、守恒律
17FHP模型 — 三角形网格、各向同性、Navier-Stokes推导
18扩散过程仿真 — Fick定律、热传导、定点数CA
19反应扩散系统 — Gray-Scott、Turing图案、斑图形成
20波传播仿真 — 波动方程、干涉衍射、双时间层

🚀 第五阶段：实战项目（21-25）

流水线可编程 SoC

21CA流水线加速器 — 4级流水线、DDR接口、吞吐率优化
22多规则CA引擎 — 空间分区规则、时间切换、混合邻域
23CA图案生成器 — 分形图案、Sierpinski、程序化纹理
24CA音乐合成 — CA→MIDI映射、算法作曲、多声部
25毕业项目：通用CA SoC — AXI互连、UART控制、VGA显示、完整系统

📁 Verilog源文件

所有Verilog模块源文件位于 verilog/ 目录，共56个模块，已通过Verilator --lint-only验证。

元胞自动机课程 · 从Conway到Langton到Lattice Gas

25课 · 56个Verilog模块 · ✅Verilator验证通过