本文關(guān)鍵詞：SPI接口在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器芯片中的設(shè)計與應(yīng)用　出處：《遼寧大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著技術(shù)的發(fā)展,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用在過去幾年中發(fā)生了重大的變化,如今這項技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在計算機視覺、語音識別、自然語言處理、音頻識別等領(lǐng)域。但基于傳統(tǒng)指令集的處理器如x86、ARM等往往需要幾百甚至上千條指令才能完成一組神經(jīng)元的處理,處理效率低、功耗大。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器芯片是直接面對大規(guī)模神經(jīng)元和突觸的處理,一條指令即可完成一組神經(jīng)元的處理,極大的提高了機器學習的效率,開展對這類處理器的研究具有重大的意義。本文立足于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器芯片的功能需求,鑒于高速接口協(xié)議復雜、調(diào)試周期長,難以準確測試芯片運行狀態(tài)。SPI接口具有協(xié)議簡單、易于集成、速度適中等優(yōu)點,能夠快速、準確的確定芯片的運行狀態(tài),對芯片的后續(xù)設(shè)計與調(diào)試具有良好的指導意義。在SPI模塊設(shè)計過程中采用了自底向上的設(shè)計方法,將SPI模塊劃分為若干個子模塊,根據(jù)需求設(shè)計了五個主要子模塊。采用IP模塊集成技術(shù),將設(shè)計的子模塊進行例化綜合,實現(xiàn)了完整SPI模塊的功能。設(shè)計的帶AXI接口的SPI模塊能夠支持主從模式選擇、四種時鐘傳輸模式、高／低位先傳輸、時鐘分頻、多從機通信、中斷等功能。由于采用AXI接口標準,SPI模塊的可移植性強且符合IP復用標準,能夠作為一個通用SPI核例化到其它應(yīng)用中。完成SPI模塊邏輯電路設(shè)計后,采用了三種不同的驗證方案對設(shè)計的模塊進行仿真測試,依次進行了功能仿真、FPGA測試驗證、芯片成品測試驗證。在功能仿真中,先對子模塊進行驗證隨后對整體模塊進行驗證。在FPGA與芯片成品測試驗證過程中,采用了軟硬件協(xié)同驗證的思想。并根據(jù)測試需求,利用虛擬串口技術(shù)制作了USB轉(zhuǎn)換SPI接口電路,同時編寫了基于Ubuntu操作系統(tǒng)的上位機驅(qū)動程序。利用虛擬串口技術(shù)制作了USB轉(zhuǎn)接SPI接口電路,不僅簡化了Ubuntu操作系統(tǒng)下上位機驅(qū)動的編寫,而且上位機對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的SPI接口傳輸數(shù)據(jù)速度不受影響。通過對SPI接口進行功能仿真、FPGA測試驗證、芯片成品測試驗證,驗證結(jié)果表明SPI模塊設(shè)計正確,功能符合設(shè)計要求。通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器SPI接口傳輸數(shù)據(jù),在同等條件下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器芯片與通用處理器運行相同的手寫識別程序,測試結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器性能遠優(yōu)于通用處理器,具有良好的應(yīng)用前景。
【學位授予單位】：遼寧大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN402;TP183

【參考文獻】

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