分段线性脉冲神经元网络的FPGA实现方法研究

发布时间：2023-02-05 19:36

　　脉冲神经网络由更具生物可解释性的脉冲神经元构成,被称为第三代人工神经网络计算模型,是进行复杂时空信息处理的有效工具。结合现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的可重复编程特性与脉冲神经网络的信息处理模式,构造脉冲神经网络的硬件系统,建立类脑智能计算的新模型,将是人工智能研究领域中极富挑战性的任务。但是,在目前的脉冲神经网络硬件实现的研究中,神经元模型的实现较为单一,网络硬件架构的设计不够合理,所以导致表现出的生物生理活动特征和神经动力学特性比较匮乏。本文分析了神经形态系统的研究现状,比较了数字系统、模拟电路以及混合实现之间的区别。根据二维分段线性脉冲神经元模型、脉冲神经网络硬件架构和具有突触连接的随机耦合网络结构,基于FPGA设计并实现了脉冲神经网络通信系统的时空特征模拟。主要研究工作如下:(1)通过二维分段线性脉冲神经元模型,提出了神经元模型的FPGA电路设计与实现,采用欧拉方法对原始模型方程式进行离散化,随后用数字实现方式设计了神经元并行算术单元的工作原理图以及膜电位V和恢复变量U的数字计算流水线,使得算术树最大化了时间和空间的并行...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 数字系统的研究现状
        1.2.2 模拟电路的研究现状
        1.2.3 混合实现的研究现状
    1.3 论文的研究内容
    1.4 论文组织结构
第2章 脉冲神经网络的FPGA实现方法
    2.1 实现原理
    2.2 脉冲神经元的FPGA实现方法
        2.2.1 神经元模型分类
        2.2.2 神经元的FPGA实现方法
    2.3 脉冲神经网络的FPGA仿真方法
        2.3.1 神经网络拓扑结构种类
        2.3.2 神经网络的FPGA仿真方法
    2.4 本章小结
第3章 分段线性脉冲神经元的电路设计与实现
    3.1 神经元模型描述
    3.2 电路设计与实现
        3.2.1 数字设计
        3.2.2 电路实现
    3.3 神经计算特性分析
        3.3.1 生物电学特性介绍
        3.3.2 PLS数字电路模拟
    3.4 生物皮层神经元模拟
        3.4.1 皮层放电模式介绍
        3.4.2 PLS数字电路模拟
    3.5 本章小结
第4章 脉冲神经网络的通信系统构建与仿真
    4.1 体系结构描述
        4.1.1 网络结构
        4.1.2 硬件架构
    4.2 通信系统构建与实现
        4.2.1 数字设计
        4.2.2 电路实现
    4.3 网络时空序列仿真
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果



本文编号：3735546