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NIOS Ⅱ多核通信及在神经网络硬件实现中的应用研究

作　者: 程丹
导　师: 王连明
学　校: 东北师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: SOPC NIOS II 多核通信 Hopfield网络
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前,处理器领域的发展越来越趋向于多核,SOPC技术是嵌入式技术新的研究领域,基于SOPC技术的NIOS II软核技术目前正逐渐得到广泛应用。基于SOPC技术的NIOS II软核技术允许在一个FPGA中集成多个NIOS II软核,构成多核系统。目前,这一方面的研究和应用还不多见,因此,开展基于NIOS II多核技术的研究与应用可以有效地拓展SOPC技术的应用领域,具有实际意义。人工神经网络技术是智能信息处理领域研究的热点问题之一。目前,人工神经网络的实现方法主要是基于通用计算机单核处理器模拟人工神经网络算法,其缺点是无法充分发挥人工神经网络并行计算、分布式存储的优点。针对这一问题,本文采用NIOS II多核技术来研究人工神经网络的硬件实现方法,这一方法将为人工神经网络的进一步研究和应用提供新的思路和借鉴。本文首先介绍了多核技术、SOPC技术、NIOS II软核技术、多核通信、Hopfield网络等相关概念及其发展状况;然后,研究了NIOS II多核间通信的机制,重点研究了采用查询方式和中断方式进行NIOS II多核通信的方法;最后,将以上两种通信方法应用于反馈型神经网络——Hopfield网络的硬件实现,并将所实现的硬件用于数字识别,验证和实践了多核通信方法应用于神经网络硬件实现的有效性和可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 PC 机领域中多核的发展现状  9
  1.3 嵌入式领域中多核的发展现状  9-10
  1.4 基于 NIOS II 的多核通信的研究现状  10
  1.5 基于 NIOS II 多核实现人工神经网络的研究现状  10
  1.6 研究内容及意义  10-12
第二章 SOPC 技术  12-14
  2.1 SOPC 技术简介  12
  2.2 基于 FPGA 嵌入 IP 硬核的 SOPC 系统  12-13
  2.3 基于 FPGA 嵌入 IP 软核的 SOPC 系统  13-14
第三章 NIOS II 软核技术  14-24
  3.1 NIOS II 软核处理器  14-15
    3.1.1 NIOS II 软核处理器概述  14
    3.1.2 NIOS II 软核处理器的基本结构  14-15
  3.2 NIOS II 处理器系统  15-18
    3.2.1 NIOS II 处理器系统的结构  15
    3.2.2 NIOS II 处理器系统的外设  15-18
  3.3 Avalon 总线规范  18-23
    3.3.1 Avalon 总线简介  18-19
    3.3.2 Avalon 总线特点  19
    3.3.3 Avalon 总线和传统总线的比较  19-20
    3.3.4 Avalon 主端口和从端口  20
    3.3.5 Avalon 总线的传输  20-23
  3.4 NIOS II 处理器系统的开发流程  23-24
第四章 NIOS II 多核通信方法  24-28
  4.1 基于 PIO 查询方式的 NIOS II 多核通信方法  24-26
  4.2 基于 PIO 中断方式的 NIOS II 多核通信方法  26-28
第五章 反馈型神经网络的NIOS II 多核实现  28-46
  5.1 人工神经网络  28-32
    5.1.1 人工神经网络简介  28
    5.1.2 反馈型网络简介  28
    5.1.3 Hopfield 网络  28-29
    5.1.4 离散型 Hopfield 网络  29-32
  5.2 Hopfield 网络用于数字识别的方法  32
  5.3 基于 NIOS II 多核 PIO 查询方式的 Hopfield 网络的硬件实现  32-40
    5.3.1 基本原理  32-33
    5.3.2 硬件结构  33-38
    5.3.3 软件实现  38-40
    5.3.4 实验结果  40
  5.4 基于 NIOS II 多核 PIO 中断方式的 Hopfield 网络的硬件实现  40-45
    5.4.1 基本原理  40-41
    5.4.2 软件实现  41-44
    5.4.3 实验结果  44-45
  5.5 结果分析  45-46
第六章 结论与展望  46-47
参考文献  47-50
致谢  50

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 运算器和控制器（CPU）
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