一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯片制造技术

一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，它包括存储器、ＩＰ软核芯片、软核微处理器、键盘接口、ＵＳＢ接口及ＬＣＤ显示控制器：软核微处理器与存储器、ＩＰ模块、键盘接口、ＵＳＢ接口、ＬＣＤ控制器通过各自接口连接；ＩＰ软核芯片为内置公式发现系统ＳＯＣ系统芯片。ＩＰ软核芯片包括数据输入端口、公式发现控制模块、公式库及公式输出端口；公式发现控制模块分别与数据输入端口、公式库、公式输出端口连接。智能芯片从计算机下载的原始数据，首先经数据预处理模块初步处理；第二步由公式初选模块根据误差逼近情况优选原型函数；第三步由误差分析模块计算入选公式的相对误差并进行比较；第四步根据用户的误差要求决定是否对系统所发现的公式进行修正。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种智能芯片，具体讲是一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯 片，属人工智能

技术介绍
人工智能是信息技术发展的重要方向之一。世界各国都在开展公式发现系统的研究工作，公式发现系统主要是指通过机器的发现学习，帮助学习者或研究者分析实验数据、发现潜在规律、验证学习者或研究者设想的一种系统。据资料报道，世界上目 前只有美国德州仪器公司和惠普公司开发成功过一种手持式的具有公式发现功能的图形化计算仪。然而，这种计算仪在公式发现上仍然釆用的是传统的数据拟合技术，当行列式元素微小变化引起解的显著变化的问题，即线性方程组系数行列式存在病态问题。并且，图形化计算仪发掘出来的公式只有多项式一种类型，不仅知识形式单一、可理解性、可用性差；更重要的是无法从得到的公式中了解周期性、变化趋势等重要特征。Sinx=x—0. 166667x3+0. 008333x5—0. 0001984x7+0. 0000027557x9—...... (1)阻尼振动曲线公式x=Aoe-ptcos(ft+cl>) (2)观察公式(1)等号左边与右边可以看出右边的多项式表示形式无法体现周期 性、变化趋势等重要特征，而左边则完全不同；公式(2)的情况更是如此。目前国内外仅有的少数几个仪器制造企业设计和生产具有公式发现系统功能的 芯片，大多数厂家仍延用基于通用嵌入式处理器，再加上外围电路组装后，公式发现 由软件算法完成的方式，这种方式主要缺点是公式发现的效率低。第二种是基于FDD (Formula Discovery from Data,公式发现)的系统，其运行环境是计算机，而不 是嵌入式系统，这种方式的主要缺点是体积大、外围接口单元多，无法随身便携，使 用不方便。总之，目前还没有发现基于SOC (片上系统)的公式发现系统解决方案。 因此，研究一种能够提高公式发现系统的效率，减少外围驱动接口单元及电路板间的 信号传递，可重构的公式发现系统已成为国内外提高智能化信息发展研究的重要内 容。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯片，其是基于XILINX公司的FPGA (Field Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)的公 式发现S0C (片上系统)智能芯片。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案-一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，它包括存储器、IP软核芯片、软 核微处理器、键盘接口、 USB接口及LCD显示控制器，其特征在于软核微处理器与 存储器、IP模块、键盘接口、 USB接口、 LCD控制器通过各自的接口分别连接；所述 IP软核芯片为内置有公式发现系统的SOC系统芯片。其中，所述IP软核芯片包括数据输入端口、公式发现控制模块、公式库及公式 输出端口；所述公式发现控制模块分别与数据输入端口、公式库、公式输出端口连接。其中，所述公式发现控制模块内置有数据预处理模块、公式初选模块、误差分析 模块和公式修正模块。其中，所述公式库是将知识库中的知识预先固化于该模块中，此预固化程序对公 式发现系统进行分析、判断、决定最终公式；该公式库包括原型函数公式库和原型算 法库，其中，原型函数公式库是构成数学公式的基本单元，原型算法库所包括的原型决定了系统的发现能力。其中，所述公式输出端口将所决定最终公式输出给LCD显示。 其中，该智能芯片通过键盘输入的原始数据或者通过USB接口从计算机下载的原 始数据，首先经过公式发现IP核模块中数据预处理模块进行初步处理；第二步由公 式初选模块根据误差逼近情况来优选原型函数；第三步由误差分析模块计算入选公式 的相对误差并对误差进行比较；第四步根据用户提供的误差要求决定是否对系统所发 现的公式进行修正；软核微处理器完成整个公式发现系统的调度工作，如实现数据输 入或下载，响应接口命令，控制LCD显示刷新等功能；LCD控制器实现外部LCD的驱 动功能。其中，所述的经过公式发现IP核模块中数据预处理模块进行初步处理，包括两个方面，其一是根据具体情况对用户所提供的数据进行初步处理；其二是在多变量中 选择两个变量以及向多变量的过渡处理。本技术采用如上技术方案，其有益效果如下 一、本技术所述的智能芯片，是基于XILINX FPGA的公式发现芯片，该芯片将存储器、公式发现IP核模块、 XILINX FPGA软核微处理器、键盘接口 USB接口以及LCD控制器集成为一体，固化成 一体积微小的芯片，与现有技术相比，不仅可以大幅縮短系统发现公式的时间，更可 以縮小整个系统所占的面积，减少外围驱动接口单元及电路板间的信号传递，加快微 处理器数据处理的速度，内嵌的线路还可以避免外部电路板上信号传递所造成的系统 干扰。芯片本身在最简单的低端应用中可以充当独立的公式发现芯片，芯片集成度高， 可靠性强。二、本技术的技术方案是基于大规模FPGA解决方案的SOC(片上系统) 现代计算机辅助技术、EDA (电子设计自动化)技术和大规模集成电路技术高度发展的综合技术，本技术改变了以往将IP硬核预先植入系统微处理器的方式，采用 嵌入式系统微处理器的IP软核，该IP软核可以根据用户需要随意对其硬件结构、功 能特点、资源占用等进行灵活配置构建；改变了 IP硬核无法裁减微处理器硬件资源 的缺陷，该IP软核则可以随意裁减，有效降低了FPGA成本，从而在相当短的时间内 用很低的成本就可以开发出目标产品。三、本技术的智能芯片装载于不同的仪器、 仪表或设备中，使这些仪器、仪表或设备具有公式发现的能力，这对于提高仪器、仪 表或设备的智能化程度将起到非常重要的作用。附图说明图1为本技术的具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片的结构框图 图2为本技术中公式发现IP软核芯片的结构框图具体实施方式以下结合附图对本技术的技术方案做进一步的说明。如图1、图2所示，本技术公开的具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片， 提出了一个完整的公式发现SOC芯片的设计方案，并立足于实际的具体应用，给出了 基于XILINX公司的32位MicroBlaze软核处理器的FPGA实现方案。该系统方案同样 可以应用到其它数据发现SOC芯片设计中，只是需要修改相应的发现算法，调整系统 软件中相应的模块就可以了。本技术的具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，由存储器，XILINXFPGA 软核微处理器，公式发现IP软核芯片、键盘接口， USB接口以及LCD控制器组成，其 中，XILINXFPGA软核微处理器分别与存储器、公式发现IP软核芯片、键盘接口， USB 接口以及LCD控制器连接。其中，存储器用来保存需要进行发现的原始数据和各种中间运行结果，以便后面 的运算使用，它直接受到XILINX FPGA软核微处理器的控制；同时它还可以使公式发 现IP软核芯片可以实现流水线结构，加快运算速度；XILINX FPGA软核微处理器是本技术的指挥控制中心，本技术实施例中 釆用MicroBlaze软核微处理器，该MicroBlaze软核微处理器完成整个公式发现系统 的调度工作，如实现数据输入或下载，响应键盘及USB接口命令，控制LCD显示刷新 等功能。该MicroBlaze软核微处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，它包括存储器、ＩＰ软核芯片、软核微处理器、键盘接口、ＵＳＢ接口及ＬＣＤ显示控制器，其特征在于：软核微处理器与存储器、ＩＰ模块、键盘接口、ＵＳＢ接口、ＬＣＤ控制器通过各自的接口分别连接；所述ＩＰ软核芯片为内置有公式发现系统的ＳＯＣ系统芯片。

【技术特征摘要】
1、一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，它包括存储器、IP软核芯片、软核微处理器、键盘接口、USB接口及LCD显示控制器，其特征在于软核微处理器与存储器、IP模块、键盘接口、USB接口、LCD控制器通过各自的接口分别连接；所述IP软核芯片为内置有公式发现系统的SOC系统芯片。2、 根据权利要求1所述的一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，其特 征在于所述IP软核芯片包括数据输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：关永，张杰，吴敏华，朱虹，李晓娟，袁慧梅，尚媛园，潘巍，万玛宁，陈金强，毛春静，刘永梅，徐远超，张聪霞，赵冬生，张颢，李宝方，冯金花，张树东，刘旭敏，石长地，张伟功，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]