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一種基于國產(chǎn)嵌入式CPU核的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SoC設(shè)計

2021年電子技術(shù)應(yīng)用第4期

徐文亮

杭州電子科技大學電子信息學院，浙江杭州310018

摘要： 基于國產(chǎn)嵌入式CPU核CK803S及其SoC設(shè)計平臺，設(shè)計一款BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SoC。給出了SoC的設(shè)計結(jié)構(gòu)及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件加速器的設(shè)計方案，針對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)硬件加速器中非線性的Sigmod和Guass激活函數(shù)，選擇了一種既不影響速度又節(jié)約資源的方法來實現(xiàn)，并對其性能、功耗進行優(yōu)化。驗證結(jié)果表明，設(shè)計滿足要求。

關(guān)鍵詞： BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 國產(chǎn)嵌入式處理器CK803S SoC設(shè)計平臺 FPGA實現(xiàn)

中圖分類號： TN47；TN492
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200949
中文引用格式： 徐文亮. 一種基于國產(chǎn)嵌入式CPU核的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SoC設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(4)：63-66.
英文引用格式： Xu Wenliang. Design of a BP neural network SoC based on domestic embedded CPU[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(4)：63-66.

Design of a BP neural network SoC based on domestic embedded CPU

Xu Wenliang

School of Electronic Information，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China

Abstract： The paper designs a Back Propagation(BP)neural network system on chip(SoC) based on the domestic embedded Central Processing Unit(CPU) CK803S and its SoC design platform. The design structure of SoC and the design scheme of BP neural network hardware accelerator are given, and for the non-linear BP activation functions Sigmod and Guass, a method that can save hardware resources while not affect the speed is selected to implement them,and optimize accelerator′s performance and power consumption.The verification results show that the design can meet the requirements.

Key words : BP neural network；domestic embedded processor CK803S；SoC design platform；FPGA implement

0 引言

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法主要分為硬件實現(xiàn)^[1]和軟件實現(xiàn)^[2]兩種。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)的方法具有并行度低和實現(xiàn)速度慢的特點，并且不能滿足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對實時運算的要求。除此之外，最大的缺點是用軟件模擬實現(xiàn)的方法需要龐大體積的計算機作支持，這樣就很不適合應(yīng)用于嵌入式場景。基于硬件實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有運算速度快、并行性高等優(yōu)點^[3]，并且在實時運算方面也能滿足要求。綜合考慮，本文采用硬件實現(xiàn)的方法來設(shè)計人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

本文設(shè)計的目的是找到一種方法——硬件實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠進行動態(tài)調(diào)節(jié)，既可以實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)節(jié)，即每層網(wǎng)絡(luò)和每層神經(jīng)元的個數(shù)動態(tài)可調(diào)，也可以實現(xiàn)輸入權(quán)值和閾值的自動更新。本文以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，使用國產(chǎn)嵌入式CPU CK803S及其SoC設(shè)計平臺SmartL-Prime，實現(xiàn)一款BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)SoC的設(shè)計。

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作者信息：

徐文亮

(杭州電子科技大學電子信息學院，浙江杭州310018)

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