本实用新型专利技术涉及液体状态机领域，特别涉及一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置，所述加速装置包括ZYNQ主处理器，所述ZYNQ主处理器包括电性连接的FPGA芯片和ARM处理器，所述FPGA芯片上设置有液体状态机，所述液体状态机通过所述FPGA芯片与所述ARM处理器电性连接，所述加速装置还包括上位机和用于存储数据的储存介质，所述储存介质与所述FPGA芯片通信连接，所述上位机与所述ARM处理器通信连接；利用FPGA芯片的并行特性加速液体状态机的运算，由于FPGA芯片的硬件特性，其结构本身是并行的，因此它能同时执行多个指令，与液体状态机的契合度非常高，因此，在FPGA芯片上设置的液体状态机能实现较高的运算速率，而且体积较小。而且体积较小。而且体积较小。
【技术实现步骤摘要】
一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置
[0001]本技术涉及液体状态机领域，特别涉及一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置。
技术介绍
[0002]液体状态机是一种新型的回归神经网络，其通常会包括输入层、储备池和读出层。
[0003]其工作原理为，输入的训练样本经由储备池转换成高维的特征表达，即液体状态。该液体状态随后被读出层进行读出。整个网络中，仅有储备池和读出层相连的权重需要训练，因此其训练参数很少。同时由于储备池具有一定的记忆能力，因此对于动态问题的处理也具有一定的优势。目前，液体状态机在语音识别，图像识别，机器人控制等领域皆能起到较好的效果。
[0004]然而，由于需要将低维的输入特征映射到高维再进行训练，对于一些较为复杂的任务，如图像处理，其输入维度较高，因此对储备池中神经元的数目也要求较高，这对计算资源的消耗十分严重，导致了现有液体状态机的运算速度较低，且普通的嵌入式处理器无法满足其需要。
技术实现思路
[0005]为解决现有液体状态机运算速度低的问题，本技术提供了一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置。
[0006]本技术解决技术问题的方案是提供一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置，所述加速装置包括ZYNQ主处理器，所述ZYNQ主处理器包括电性连接的FPGA芯片和ARM处理器，所述 FPGA芯片上设置有液体状态机，所述液体状态机通过所述FPGA芯片与所述ARM处理器电性连接，所述加速装置还包括上位机和用于存储数据的储存介质，所述储存介质与所述FPGA芯片通信连接，所述上位机与所述ARM处理器通信连接。
[0007]优选地，所述FPGA芯片上设有用于实现液体状态机的计算功能的矩阵乘法模块，所述液体状态机与所述矩阵乘法模块电性连接。
[0008]优选地，所述矩阵乘法模块为脉动阵列结构矩阵乘法模块。
[0009]优选地，所述FPGA芯片上设有输入端和输出端，所述输入端和所述输出端分别与所述液体状态机电性连接。
[0010]优选地，所述ARM处理器分别与所述FPGA 芯片以及所述储存介质通信连接。
[0011]优选地，所述储存介质包括用于存储液体状态机训练后得到的参数的SD卡，所述SD卡与所述ARM处理器通信连接。
[0012]优选地，所述储存介质还包括用于存储运行数据的RAM，所述RAM与所述ARM处理器通信连接。
[0013]优选地，所述RAM为DDR3 RAM。
[0014]优选地，所述ZYNQ主处理器上还设有通信模块，所述ZYNQ主处理器与所述上位机
通过所述通信模块实现交互。
[0015]优选地，所述通信模块包括千兆以太网PHY 芯片，所述千兆以太网PHY芯片设于所述ZYNQ 主处理器上。
[0016]与现有技术相比，本技术的基于ZYNQ 的液体状态机加速装置具有以下优点：
[0017]1、本技术的ZYNQ(ZYNQ系列可扩展处理平台)主处理器上搭载了搭建有液体状态机的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片，利用FPGA芯片的并行特性加速液体状态机的运算，由于FPGA芯片的硬件特性，其结构本身是并行的，因此它能同时执行多个指令，与液体状态机的契合度非常高，因此，在FPGA芯片上设置的液体状态机能实现较高的运算速率，而且体积较小；储存介质能对液体状态机训练后的参数进行存储并为液体状态机提供运算空间；上位机上可搭载各种软件，通过上位机软件对液体状机中的关键参数进行配置可以达到适配不同任务的目的，拓展性极强。
[0018]2、本技术的液体状态机的运算是通过 FPGA芯片上的矩阵乘法模块来完成的。
[0019]3、本技术的矩阵乘法模块为脉动阵列结构矩阵乘法模块，能以更小的消耗与更快的速度来完成运算，达到进一步加速液体状态机运算的效果。
[0020]4、本技术的FPGA芯片上的输入端和输出端可用于实现液体状态机的输入层和读出层的功能。
[0021]5、本技术的ARM处理器专用于处理数据交互，利于提高加速装置的整体工作效率。
[0022]6、本技术的SD卡能对液体状态机训练后得到的参数进行存储，保证参数的完整性，且性价比高。
[0023]7、本技术的储存介质还包括RAM，且 RAM以及SD卡分别与ARM处理器电性连接，在上机后，ARM处理器便可将SD卡中存储的参数读取到RAM中进行运算。
[0024]8、本技术RAM为DDR3 RAM，容量大，可以支持更大规模的液体状态机的运行。
[0025]9、本技术的通信模块能实现ZYNQ主处理器与上位机之间的信息交互。
[0026]10、本技术的通信模块包括千兆以太网 PHY芯片，采用千兆以太网与上位机进行通信，速度快，稳定性强，方便上位机对液体状态机的运行状态进行监控。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本技术实施例一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置的示意图。
[0029]图2是本技术实施例中液体状态机的示意图。
[0030]附图标识说明：
[0031]100、加速装置；
[0032]1、ZYNQ主处理器；
[0033]2、FPGA芯片；21、矩阵乘法模块；
[0034]3、ARM处理器；
[0035]4、液体状态机；41、输入层；42、储备池； 43、读出层；
[0036]5、上位机；
[0037]6、储存介质；61、SD卡；62、RAM；
[0038]7、通信模块。
【具体实施方式】
[0039]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0040]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0041]在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于ZYNQ的液体状态机加速装置，其特征在于：所述加速装置包括ZYNQ主处理器，所述ZYNQ主处理器包括电性连接的FPGA芯片和ARM处理器，所述FPGA芯片上设置有液体状态机，所述液体状态机通过所述FPGA芯片与所述ARM处理器电性连接，所述加速装置还包括上位机和用于存储数据的储存介质，所述储存介质与所述FPGA芯片通信连接，所述上位机与所述ARM处理器通信连接。2.如权利要求1所述的基于ZYNQ的液体状态机加速装置，其特征在于：所述FPGA芯片上设有用于实现液体状态机的计算功能的矩阵乘法模块，所述液体状态机与所述矩阵乘法模块电性连接。3.如权利要求2所述的基于ZYNQ的液体状态机加速装置，其特征在于：所述矩阵乘法模块为脉动阵列结构矩阵乘法模块。4.如权利要求1所述的基于ZYNQ的液体状态机加速装置，其特征在于：所述FPGA芯片上设有输入端和输出端，所述输入端和所述输出端分别与所述液体状态机电性连接。5.如权利要求1所述的基于ZY...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊秀，华一帆，王艳虎，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：
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