[发明专利]前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台

权利要求书

1.一种前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，其特征是：该实验平台包括有相互连接的FPGA开发板(1)和上位机(2)，所述FPGA开发板(1)包括有第一层前馈网络FPGA芯片I(3)，第二层前馈网络FPGA芯片II(4)，第三层前馈网络FPGA芯片III(5)，第四层前馈网络FPGA芯片IV(6)，第一层突触计算FPGA芯片V(7)，第二层突触计算FPGA芯片VI(8)，第三层STDP突触计算FPGA芯片VII(9)，数据通讯FPGA芯片VIII(10)，还包括有外部刺激信号发生器(20)，NIOS II软核处理器(15)，USB接口模块(14)，三路数据选择器(24)，分路器(21)，三路数据选择器(23)，FHN神经元模型(11)和STDP突触连接模型(12)；各层前馈网络中的FHN神经元模型(11)均采用Verilog HDL语言进行编程，分别在第一层前馈网络FPGA芯片I(3)，第二层前馈网络FPGA芯片II(4)，第三层前馈网络FPGA芯片III(5)和第四层前馈网络FPGA芯片IV(6)中编译FHN神经元模型(11)；各层的STDP突触计算FPGA芯片的STDP突触连接模型(12)采用Verilog HDL语言编程，分别在第一层突触计算FPGA芯片V(7)，第二层突触计算FPGA芯片VI(8)和第三层突触计算FPGA芯片VII(9)中完成编译并下载，NIOS II软核处理器(15)能够实现第一层突触计算FPGA芯片V(7)，第二层突触计算FPGA芯片VI(8)，第三层突触计算FPGA芯片VII(9)的数据传输和USB接口模块(14)数据传输的控制，STDP突触连接模型(12)产生的突触电流信号(22)通过数据输出总线(35)传输到人机操作界面(13)进行波形显示和数据分析，上位机(2)通过C++编程实现人机操作界面(13)并通过USB接口模块(14)与数据通讯FPGA芯片VIII(10)进行通讯，计算数据在上位机(2)中进行进一步运算处理。

2.根据权利要求1所述前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，其特征是：所述的USB接口模块(14)进行上位机(2)与FPGA开发板(1)间的数据通讯，USB接口模块(14)包括USB芯片和USB硬件接口，所述USB芯片采用飞利浦公司的ISP1761E1芯片。

3.根据权利要求1所述前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，其特征是：所述的外部刺激信号发生器(20)采用一个片上RAM存储直流刺激信号，正弦波信号，高斯白噪声信号以及有色噪声信号的波形数据信息，通过人机操作界面(13)输入的刺激类型选择信号(29)实现对不同刺激信号的选取，输出的刺激信号(34)通过分路器(21)按照NIOSII软核处理器(15)相应指令输入到FHN神经元模型(11)和STDP突触连接模型(12)中，作为模型的外部刺激。

4.根据权利要求1所述前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，其特征是：所述上位机(2)通过USB接口模块(14)与FPGA开发板(1)相连实现数据通讯，人机操作界面(13)接受数据输出总线(35)输出的突触电流信号(22)；通过上位机(2)数据运算显示突触权重与自适应性重要特性，在人机操作界面(13)上设置模型参数与刺激信号选择，通过USB接口模块(14)将人机操作界面(13)计算的数据传送给FPGA开发板(1)中，进行参数调制工作。

5.根据权利要求1所述前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，其特征是：所述的NIOS II软核处理器(15)通过数据通讯FPGA芯片VIII(10)实现整个实验平台的控制；NIOS II软核处理器(15)接收人机操作界面(15)输入的前馈层选择信号(28)和刺激类型选择信号(29)，作为控制信号分别输出到三路数据选择器(23)、分路器(21)的控制端，从而进行信号的通路选择；此外，三路数据选择器(23)输出的突触电流信号(22)通过USB接口模块(14)上传到上位机(2)中，数据选择器(24)输出的刺激信号(34)通过分路器(21)分别输出到第一层前馈网络FPGA芯片I(3)、第二层前馈网络FPGA芯片II(4)、第三层前馈网络FPGA芯片III(5)和第四层前馈网络FPGA芯片IV(6)中，进行各层前馈网络中FHN神经元的计算，NIOS II软核处理器(15)控制接收人机操作界面(13)的数据读取与信号选择。