基于细胞神经网络的动态可重构逻辑电路关键技术研究

发布时间：2020-06-04 04:00

【摘要】：传统的计算机体系结构是静态的,工程师在进行处理器芯片设计时,芯片能够执行的功能通常是固定且不可更改的,导致现有的计算机硬件系统缺乏一定的灵活性与可控性。可重构技术使得未来的计算机体系可以根据消费者的不同需求动态地改变内部器件的结构和功能,这是一种新型的动态的计算机架构体系。可重构计算与可重构硬件设计的相关研究是构建这种新型计算体系的关键技术之一。本文以建立一个基于细胞神经网络的可重构动态逻辑计算模型及其电路实现的体系为主要目标,分别重点研究了非耦合标准CNN、非耦合异构CNN以及耦合标准CNN三类CNN模型,探讨了这三类模型构建可重构动态逻辑电路的设计思路与实现方案。在考虑工程应用的前提下,提出了设计细胞模板参数的一般性准则,并运用差分进化算法对参数进行优化求解。为解决CNN实现多输入量线性不可分布尔函数(Non-LSBF)的问题,提出了一种改进型CFC线性不可分布尔函数分解算法,并通过构建一种非耦合异构CNN模型,以更少的硬件资源实现(Non-LSBF)。本文对利用具有复杂动力学特性的耦合标准CNN实现具有可重构功能的多输入多输出逻辑功能电路也做了较深入探索,拓宽并发展了动态逻辑电路的设计理论。论文主要研究内容及贡献包含以下几个方面:(1)研究非耦合标准CNN动力学特性,分析非耦合标准CNN收敛于稳定二值状态时参数约束条件,提出更为简洁且适于实际电路实现的CNN模板参数设计原则,成功构建了14种基本两输入单输出动态逻辑门。设计并验证了基于运算放大器的单细胞电路。同混沌系统相比,基于CNN系统构成的可重构计算单元更易于VLSI实现,并具有对初始值依赖度低等优点。(2)分析并扩充了实现较大规模可重构组合逻辑、时序逻辑电路模块的思路与方法。通过改进经典CFC分解算法,降低了电路的硬件资源开销。在可重构时序逻辑电路方面,设计了一种基于非耦合标准CNN的可重构D触发器,通过调整细胞模板参数值,可动态实现时钟边沿可控的单边沿D触发器以及双边沿D触发器。(3)提出构建非耦合异构CNN来实现多输入量Non-LSBF。依据一定优化准则,对表示多输入量Non-LSBF的高维空间数据样本进行降维投影处理,从而建立起相应的判别式方程表达式,并构造出两类非耦合异构CNN模型结构。采用非耦合异构CNN模型实现Non-LSBF可较大地简化系统结构,减少实际电路硬件资源的占用。(4)由于耦合的CNN系统具有更丰富的非线性特性,本文设计了一个具有外部输入的三元耦合标准CNN模型来构造多输入多输出可重构电路。首先分析了这个三元耦合标准CNN模型的稳定性,然后以此模型为基础实现了一个3-bit的具有可重构功能的联想记忆电路,并深入探讨了该模型的系统状态变量x_i的初始值对实现联想记忆功能的影响。(5)通过分析CNN系统收敛于二值稳定状态的基本约束条件,在考虑工程应用的前提下,针对不同类型的CNN模型,提出了一个适用于工程实现的细胞模板参数设计准则,将细胞模板参数求解与优化问题转化为一个非线性规划问题进行求解,采用差分进化算法对该优化问题进行求解。最后选取几组模板参数带入到电路中进行验证并对仿真结果进行分析。
【图文】：

构计算 RC（Reconfigurable Computing）概念正是为了寻找一种具有新体系而提出的。不同于上述两种计算方式，，可重构计算希望构建的新计路视为一成不变的结构和功能，通过配置结构灵活多变的硬件电路，以。从而达到比 GPP 实现更高的性能，同时又具备 ASIC 的高速性[1]。构计算的概念是由加利福尼亚大学的 Geraid Estrin 于 1926 提出的，是与高性能硬件相结合的计算机体系结构，允许系统设计完成以后，可以进行重新配置，通过使用非常灵活的高速硬件计算结构对数据进行处理通常可分为静态系统重构和动态系统重构。系统重构是指配置过程中系统必须停止运行，待配置完成后，系统才能图 1.1 静态系统重构系统重构是指在系统运行过程中, 对可重构期间进行重新配置，不同于一种可适应各种算法的实时地、动态地配置方法，耗时短，运行效率高

物学家梅在《自然》发表的论文中[24]，通过对季节性著名的虫口方程Logistic模型。首次揭示了通过被周通过对Logistic模型的深入研究，发现了倍周期分叉算后得出，这种周期倍增分岔发生时的参数之间的，计算出收敛常数 δ = 4.6692和标度常数 α = 2.50进一步揭示了该常数适用于广泛的数学函数领域，推进到了定量计算的阶段，是混沌研究的一个重要rot 基于分形理论用计算机绘出了第一张 Mande复平面上的点集。有人认为 Mandelbrot 集合是“人类形”，曾被称为“上帝的指纹”。1983年，蔡少堂提出构简单，可以产生例如双漩涡混沌吸引子、多涡卷混制作容易程度使它成为了一个无处不在的现实世界的研究混沌基础理论和应用问题的实用系统。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP183;TN791

【参考文献】

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相关硕士学位论文 前2条

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本文编号：2695858