前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台

摘要

本发明提供一种前馈神经网络下基于FPGA的STDP突触可塑性实验平台，该实验平台包括有相互连接的FPGA开发板和上位机，以FPGA为下位机，配助以C++编写的人机操作界面进行突触强度连接变化波形和动力学特性观测与参数整定。其中FPGA实现数学模型，利用外部刺激信号作用于多层前馈神经元网络以及突触连接模型中，上位机用于进行参数的调整以及突触变化波形的观测及其突触自适应变化等动力学分析。本发明的效果在于基于高速运算的FPGA神经元突触可塑性计算平台，生物神经突触连接的无动物实验，实现了现象型神经元之间对于突触可塑性部分的硬件建模，并能够有效地稳定学过程，达到与真实神经元突触可塑连接的一致性。

主权项

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)和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。