基于FPGA的神经网络硬件实现的研究与设计

发布时间：2016-06-23 04:03

  本文关键词：基于FPGA的神经网络硬件实现方法，由笔耕文化传播整理发布。

《电子科技大学》 2012年

基于FPGA的神经网络硬件实现的研究与设计

刘培龙  

【摘要】：人工神经网络(ANNs)是一个由大量相互连接的神经元组成的并行计算系统。如今,人工神经网络已经在信号处理、医疗、控制系统、商业、模式识别、语音识别等多个领域得到了广泛的应用。通常神经网络的实现都是采用基于软件的方法,但是在很多情况下必须要求神经网络能够进行实时运算,这是软件实现方法所不能实现的,所以必须寻求一种硬件实现的方法,能够体现出神经网络固有的并行处理特性,提高处理的速度。基于FPGA的神经网络硬件实现方法不仅能够提高处理速度,而且还能够节省硬件资源。 首先介绍了人工神经网络硬件实现的方法和意义,以及典型的BP神经网络算法和RBF神经网络算法。对神经网络的学习模式,拓扑结构以及激励函数进行了讨论。神经网络硬件实现最重要的问题之一就是激励函数的硬件实现,选定Sigmoid函数作为BP神经网络的激励函数,Gauss函数作为RBF神经网络的激励函数。利用查找表和分段非线性函数逼近相结合的方法在FPGA上实现了Sigmoid函数,同样利用Xilinx的CORDIC算法IP核在FPGA上实现了Gauss函数,都做了仿真和误差分析,满足神经网络对精度的要求。其次,重点介绍了基于FPGA的BP神经网络和RBF神经网络的设计方法,对各个模块都进行了详细的设计。最后,通过Verilog HDL硬件描述语言描述,利用ModelSim6.1仿真软件和Xilinx公司的ISE10.1平台对设计的BP网络、RBF网络进行了仿真验证以及逻辑综合。并且进行了误差分析和性能评估,误差在10-2～10-3数量级,可以满足神经网络精度的要求,最高时钟频率可以达到100MHz左右,基本上可以满足神经网络实时运算要求。

【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN791;TP183
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 李昂;王沁;李占才;万勇;;基于FPGA的神经网络硬件实现方法[J];北京科技大学学报;2007年01期

2 盛荣菊;马建伟;;人工神经网络FPGA硬件实现的研究进展[J];电气自动化;2009年05期

3 朱明程;FPGA动态可重构技术及其应用[J];电子产品世界;2000年06期

4 李丽;许居衍;;片上网络技术发展现状及趋势浅析[J];电子产品世界;2009年01期

5 薛维琴;李莉华;戴明;;基于FPGA的人工神经网络系统的实现方法[J];电子设计工程;2010年09期

6 林祥金;张志利;朱智;;人工神经网络FPGA实现研究进展与发展趋势[J];控制工程;2007年S3期

7 李利歌;阎保定;侯忠;;基于FPGA的神经网络硬件可重构实现[J];河南科技大学学报(自然科学版);2009年01期

8 张智明;张仁杰;;神经网络激活函数及其导数的FPGA实现[J];现代电子技术;2008年18期

9 杨银涛;汪海波;张志;周建华;;基于FPGA的人工神经网络实现方法的研究[J];现代电子技术;2009年18期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 谢真真;基于FPGA的神经网络控制器设计方法研究[D];南昌大学;2010年

2 闫明;基于FPGA的神经网络硬件实现[D];中国海洋大学;2008年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任向辉;王运兵;崔建新;李嘉;李松伟;;色板对葱蓟马诱捕量的BP神经网络模型预测[J];安徽农业科学;2009年31期

2 华常春;高桂枝;;京杭大运河扬州段水污染研究[J];安徽农业科学;2010年27期

3 王瑞梅;傅泽田;何有缘;;基于神经网络的模糊系统池塘淡水养殖溶解氧预测模型[J];安徽农业科学;2010年33期

4 贺艳辉;袁永明;张红燕;龚贇翀;王红卫;;BP人工神经网络在罗非鱼价格预测中的应用[J];安徽农业科学;2010年35期

5 袁健;陈丽侠;耿宝江;;基于BP神经网络的闽江上游洪水预报[J];安徽农业科学;2011年24期

6 储茂得;周松林;;基于小波分析与神经网络的风电场短期风速预测[J];安徽科技学院学报;2011年01期

7 王冬菊;;智能优化算法在复杂模型寻优中的研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年04期

8 张志红;;基于随机初始中心的FCM算法及其应用[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2008年01期

9 姜德义;李光扬;谢世平;蒋再文;;基于神经网络法预测重庆高速公路边坡稳定性[J];地下空间与工程学报;2008年01期

10 向兵;成强;魏艳华;杨毅;;基于模糊神经网络的微波器件建模[J];半导体技术;2006年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李留澜;李书琴;;构建社会主义和谐社会必须切实发挥法治的保障作用[A];科学发展观与中国特色社会主义——全国社会科学院系统邓小平理论研究中心第十一届年会暨学术研讨会论文集[C];2006年

2 简季;杨武年;马正龙;陈园园;;BP神经网络在土地分类中的应用研究——以汶川地区为例[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年

3 戴立新;胡洁;李美叶;;基于BP神经网络的农户小额信用贷款风险评价研究[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集（上册）[C];2008年

4 张翔;阮燕云;张永勇;夏军;张洪斌;;闸门对河道污染物影响的实验与模拟研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第一卷）[C];2009年

5 李红礼;高建华;卢红岩;;基于BP神经网络的河南省土地可持续利用评价研究[A];第十届中国科协年会“新时期河南土地供需态势与城乡统筹发展”论坛文集[C];2008年

6 王俊松;钱飞飞;张兴会;谷兆麟;吴真;;基于BP神经网络的温度传感器动态建模及自适应标定[A];第二十四届中国控制会议论文集（下册）[C];2005年

7 王桂坤;;神经网络在矿井通风降温中的应用[A];2006年山东省制冷空调学术年会“格力杯”优秀论文集[C];2006年

8 王桂凤;李凤乾;肖飞;王兆钧;;BP神经网络在输油管道泄漏检测中的应用研究[A];中国石油石化数字管道信息化建设论坛暨燃气管网安全、经济、运营技术交流研讨会论文集[C];2009年

9 郭兰平;俞建宁;张建刚;漆玉娟;张旭东;;改进RBF神经网络在城市公交车速时间序列预测中的应用[A];2010重庆汽车工程学会年会论文专辑[C];2010年

10 朱斌;马艳;赵丛;;RLS—BP算法在信道盲均衡中的应用[A];2007’促进西部发展声学学术交流会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年

2 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年

3 邝砾;基于接口和行为语义的Web服务发现与适配研究[D];浙江大学;2009年

4 常青;瘦型服务器及个人/家庭事务处理应用研究[D];太原理工大学;2011年

5 纪芳;渤海和黄海北部沿岸海洋动力灾害研究[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2010年

6 陈进杰;城市轨道交通项目广义全寿命周期成本理论与应用研究[D];北京交通大学;2011年

7 赵鹏;离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现[D];华北电力大学（北京）;2011年

8 熊小刚;国家科技奖励制度运行绩效评价研究[D];华中科技大学;2011年

9 肖献强;基于信息融合的驾驶行为识别关键技术研究[D];合肥工业大学;2011年

10 钟俊;宏观尺度的纳米级定位控制技术研究[D];中国科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王永;消防单兵综合信息采集系统研究[D];山东科技大学;2010年

2 邢著荣;基于辐射传输模型和CHRIS数据反演春小麦LAI[D];山东科技大学;2010年

3 李鑫平;软件可靠性模型应用方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 兰杰;海底管道防腐状态检测关键技术研究[D];大连理工大学;2010年

5 赵林;雷达信号特征提取与识别[D];大连理工大学;2010年

6 闫寿江;Oja-Xu MCA跳步归一化算法的收敛性分析[D];大连理工大学;2010年

7 杨克强;LVQ神经网络在齿轮箱故障诊断中的研究[D];安徽农业大学;2010年

8 荆东星;人工神经网络在游戏寻路中的应用研究[D];长沙理工大学;2010年

9 周辉;基于神经网络的高分辨雷达目标检测研究[D];长沙理工大学;2010年

10 李天赞;神经网络在电力系统谐波分析中的应用研究[D];长沙理工大学;2009年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘祖润,张志飞,邹阿金;基于单片机的Chebyshev神经网络硬件设计[J];半导体技术;1999年05期

2 李昂;王沁;李占才;万勇;;基于FPGA的神经网络硬件实现方法[J];北京科技大学学报;2007年01期

3 汪光森,伍行键,李誉;基于FPGA的神经网络的硬件实现[J];电子技术应用;1999年12期

4 王守觉,李兆洲,陈向东,王柏南;通用神经网络硬件中神经元基本数学模型的讨论[J];电子学报;2001年05期

5 卢纯,石秉学,陈卢;一种可扩展BP在片学习神经网络芯片[J];电子学报;2002年09期

6 魏刚;韩建国;;基于FPGA的可重构软测量系统硬件设计[J];仪器仪表用户;2006年04期

7 张海燕;李欣;田书峰;;基于BP神经网络的仿真线设计及其FPGA实现[J];电子与信息学报;2007年05期

8 谢云,章云,刘冰茹,易波;一种硬感知器的结构设计与EPGA实现[J];广东工业大学学报;2003年03期

9 都军伟;王永纲;杨阳;李凯;;RBF网络高斯型传输函数的FPGA实现[J];核电子学与探测技术;2008年01期

10 陈曦;王高峰;刘克刚;徐江丰;;基于混合CORDIC的神经网络激活函数的实现[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 石凯贺;改善纳米铁酸镧与高分子复合湿敏元件输出特性的神经网络方法及其FPGA实现[D];大连理工大学;2005年

2 魏刚;基于FPGA的可重构系统设计[D];北京化工大学;2006年

3 闫明;基于FPGA的神经网络硬件实现[D];中国海洋大学;2008年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨隽;周诠;张敏瑞;;BP神经网络图像压缩算法乘累加单元的FPGA设计[J];现代电子技术;2009年19期

2 刘晋明;刘年生;;基于神经网络混沌吸引子公钥加密算法的FPGA实现[J];厦门大学学报(自然科学版);2010年02期

3 许先斌;胡婧;吴玉芹;;基于神经网络的视频压缩的FPGA实现[J];计算机工程与设计;2009年13期

4 张智明;张仁杰;;神经网络激活函数及其导数的FPGA实现[J];现代电子技术;2008年18期

5 廖义奎;韦卫星;王志文;陶振文;;基于BP神经网络的真空干燥测控系统的设计[J];广西民族大学学报(自然科学版);2009年02期

6 都军伟;王永纲;杨阳;李凯;;RBF网络高斯型传输函数的FPGA实现[J];核电子学与探测技术;2008年01期

7 杨银涛;汪海波;张志;周建华;;基于FPGA的人工神经网络实现方法的研究[J];现代电子技术;2009年18期

8 邱林,陈守煜,聂相田;模糊模式识别神经网络预测模型及其应用[J];水科学进展;1998年03期

9 吴爱国,郝润生;一种改进BP算法在机械手逆运动学中的应用[J];中国工程科学;2005年07期

10 唐瑞雪;蔡淮;张涤;;广义同余神经网络中三种激励函数的比较研究[J];信息通信;2008年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 侯金华;;基于FPGA的SOC系统可靠性设计[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年

2 张健;孙辉先;陈晓敏;安军社;;反熔丝FPGA的可靠性设计措施[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年

3 ;Design and Research of Video Fire Detection System Based on FPGA[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference（CCDC）[C];2011年

4 董雪;费建军;白娇杨;;基于FPGA的智能火灾报警系统的设计与研究[A];天津市电视技术研究会2012年年会论文集[C];2012年

5 肖松;李跃华;张金林;;基于FPGA局部动态可重构的抗SEU容错系统研究[A];教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集（下册）[C];2010年

6 王玮;钱伟康;应怀樵;;基于FPGA的PXI高速数据采集系统硬件设计[A];现代振动与噪声技术（第九卷）[C];2011年

7 钱伟康;梁利娟;王丽丽;;一种基于FPGA的CAN总线船舶监控系统[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年

8 杨学友;叶振忠;刘常杰;李博文;;一种高速智能化视觉传感器设计[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年

9 鲁艳;雷维嘉;谢显中;;基于Avalon接口的交织编码技术的FPGA实现[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年

10 许超;肖铁;施柏鑫;;基于FPGA的电子内窥镜视频处理系统[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 海英;[N];人民邮电;2009年

2 ;[N];中国电子报;2011年

3 ;[N];中国电子报;2011年

4 本报记者 赵艳秋　冯晓伟 冯健;[N];中国电子报;2009年

5 本报记者 冯晓伟;[N];中国电子报;2009年

6 ;[N];中国电子报;2009年

7 ;[N];中国电子报;2009年

8 ;[N];中国电子报;2009年

9 本报记者 梁红兵;[N];中国电子报;2010年

10 华北光电技术研究所 刘刚;[N];中国电子报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 尹乾;基于神经网络的软件可靠性模型[D];北京师范大学;2006年

2 周伟;关于多稳定回复式神经网络中的一些问题[D];电子科技大学;2010年

3 秦泗甜;基于微分包含的非光滑动力系统分析及其应用[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 秦泗甜;基于微分包含的非光滑动力系统分析及其应用[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 熊雪梅;参数化模糊遗传神经网络及在植物病害预测的应用[D];南京农业大学;2004年

6 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年

7 马永涛;通信信道建模的神经网络优化技术研究[D];天津大学;2009年

8 张承畅;多FPGA系统的关键问题及应用研究[D];重庆大学;2011年

9 金英秀;一类带时滞的Cohen-Grossberg神经网络稳定性研究[D];东北大学;2009年

10 李鹏;基于元构件的FPGA硬件构件设计技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 盛荣菊;神经网络PID飞行控制算法的FPGA实现研究[D];河南科技大学;2009年

2 王博;一种基于FPGA的新的SVM硬件实现方法[D];西安理工大学;2010年

3 张阳;神经网络混沌加密算法的研究与FPGA设计[D];华侨大学;2011年

4 胡波;基于FPGA的神经网络智能控制器的研究[D];广西工学院;2010年

5 韩少锋;神经网络控制的FPGA研究与应用[D];大连海事大学;2005年

6 杨隽;神经网络图像压缩算法的FPGA实现技术研究[D];西安科技大学;2009年

7 周志娟;相移波束形成的FPGA实现[D];哈尔滨工程大学;2011年

8 许冲;激光脉冲定距算法研究与FPGA实现[D];哈尔滨工业大学;2011年

9 叶忠彬;基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年

10 彭涵阳;无串扰超声测距系统的激励方法及基于FPGA的设计与实现[D];天津大学;2010年

  本文关键词：基于FPGA的神经网络硬件实现方法，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：60397