[发明专利]一种非侵入式专用脑机接口装置

权利要求书

1.一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，包括：

中央处理器，用于对接脑机接口，利用神经网络算法处理大脑神经元电信号；

信号处理单元，用于将大脑皮层电信号转换成计算机能识别的数字信号；

数字电路单元，用于辅助信号处理单元转化电信号为数字信号；

数据存储单元，用于提供运行内存和存储程序数据；

通用接口控制单元，用于为大脑皮层神经元连接提供接口；

协议控制单元，用于辅助芯片完成其功能；

外部设备接口单元，用于提供GPIO接口的功能映射；

加密和解密单元，用于芯片的开发调试使用，并对芯片程序进行加密和解密；

所述信号处理单元将脑机接口传输的大脑皮层生物电信号放大并处理，将处理后的生物电信号根据中央处理器指令传输给NPU进行识别，或传输给数字电路将生物电信号转化为数字信号。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述中央处理器为基于RISC-V架构的中央处理器，集成KPU执行卷积神经网络算法，根据机器学习算法识别脑电信号，利用KPU的神经网络算力，结合深度学习算法与方差算法实现对脑电信号的分类与识别。

3.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述信号处理单元，将来自大脑皮层电信号转换成计算机能识别的数字信号；具体包括：

信号处理单元采用专用FFT快速傅里叶变换；将时间有限、频带宽度有限的信号扩展成周期信号，将周期信号分成多个段，构建移位累加信号模型；利用移位累加信号模型，对周期信号移位累加，根据得到的累加信号在不同时间的取值进行计算，获得傅里叶级数的系数，实现傅立叶变换。

4.根据权利要求3所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：蝶形运算单元、地址产生单元、功能切换单元、存储单元、浮点单元和时序控制单元；

所述蝶形运算单元采用DIT方式完成FFT的碟形运算；

所述功能切换单元用来完成存储单元间数据读写功能的切换；

所述地址产生单元用于产生存储单元的读、写地址；

所述存储单元用于对蝶形运算单元的处理信息进行存储；

所述浮点单元用于记录蝶算单元输出数据的位信息并完成蝶算单元输入数据的截位；

所述时序控制单元：用于产生蝶形运算单元、功能切换单元、地址产生单元、浮点单元的使能信号和控制信号。

5.根据权利要求4所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述存储单元包括第一随机存取存储器、第二随机存取存储器和只读存储器，从第一随机存取存储器读出的数据存入第二随机存取存储器，或从第二随机存取存储器读取的数据存入第二随机存取存储器，所述只读存储器为预置旋转因子的存储单元，实现第一随机存取存储器和第二随机存取存储器的读写功能的切换。

6.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述数字电路单元通过算法调用，将来自信号处理单元的生物电信号转换计算机能处理的数字信号；并将计算好的数字信号转换为生物电信号回馈给大脑皮层。

7.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述协议控制单元包括包含计时器、脉宽调制控制器、看门狗和Sha256哈希算法。

8.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述通用接口控制单元通过程序接口函数进行调用，并在低功耗情况下实现卷积神经网络计算，利用KPU能够实现人工智能算法对大脑皮层的电信号进行分类和检测。

9.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述外部设备接口单元为可编程IO阵列，通过GPIO接口接入外部设备，与外部设备进行通讯，同时以GPIO端口复用方式使用UART和SPI接口。

10.根据权利要求1所述的一种非侵入式专用脑机接口装置，其特征在于，所述加密和解密单元包括：JTAG接口、加密解密算法控制器、加密单元和解密单元，所述JTAG接口用于芯片开发调试使用，所述加密解密算法控制器根据AES和OTP单元提供加密解密算法对芯片加密；所述加密单元和解密单元辅助芯片使用者完成加密和解密的工作。