基于FPGA的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與應(yīng)用.pdf

1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能的一個重要的組成部分。隨著人工智能時代的到來，越來越多的企業(yè)和科研單位投入到了對智能化產(chǎn)品和工具的研究開發(fā)中，幫助企業(yè)及個人提供更方便快捷的智能工具。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其速度快，實現(xiàn)精度較高的優(yōu)勢，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。例如在模式識別、信息處理、機器人等方面應(yīng)用取得不斷的突破。
　　目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)多數(shù)采用傳統(tǒng)的通用計算機，而傳統(tǒng)的通用計算機采用串行計算的處理方式。這樣的處理方式給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用帶來了局限，因此，采

2、用一種更好的方法來實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)尤為重要。而由于FPGA(Field programmable gate array)的硬件可編程、高度并行計算的特點，有效彌補了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)串行的局限，能夠為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供新的途徑。通過FPGA硬件實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，在解決商場快速自動識別電子貨架標(biāo)簽以及工業(yè)儀表的字符圖像等方面，具有較大的商業(yè)價值和工業(yè)意義。
　　本文通過軟件和硬件模擬的不同方法實現(xiàn)字符圖片的識別。從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論介紹和軟、硬

3、件實現(xiàn)兩方面進行闡述，并在MATLAB軟件實現(xiàn)、Libero硬件仿真實現(xiàn)的關(guān)鍵問題上進行分析。軟件實現(xiàn)方法中采用的是MATLAB函數(shù)庫中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)函數(shù)。硬件仿真實現(xiàn)方法中使用的是Libero集成開發(fā)環(huán)境，通過硬件描述語言實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各個功能模塊。選擇的FPGA結(jié)構(gòu)為Actel Fusion系列器件，它是唯一具有模擬功能的Flash架構(gòu)的FPGA器件，可以滿足神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)功能要求。
　　本文的主要研究工作內(nèi)容包括:
　　首

4、先，在實現(xiàn)字符識別過程中，使用MATLAB對選取訓(xùn)練樣本和確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了分析和多次的實驗（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層節(jié)點個數(shù)）。并通過有無噪聲的樣本輸入來比較網(wǎng)絡(luò)的識別效果，進一步得到優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)。
　　然后，在FPGA硬件實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，主要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實現(xiàn)關(guān)鍵部分進行設(shè)計和實現(xiàn):包括構(gòu)成單個神經(jīng)元模塊、數(shù)據(jù)位的表示、激勵函數(shù)的選擇和實現(xiàn)。對隱含層的運算實現(xiàn)過程進行具體闡述，并且對網(wǎng)絡(luò)的各個階段計算流程進行分析研究以及仿真實現(xiàn)。<