[發(fā)明專利]基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510245952.4
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104850529A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王少軍;王曉璐;馬寧;劉大同;彭宇;彭喜元
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F15/76
• 分類號: G06F15/76
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于主要包括下述模塊：

DDR外部存儲模塊，用于存儲LS-SVM模型處理的原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)及最后結(jié)果；

處理器系統(tǒng)Processing?System模塊，簡稱PS模塊，用于對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理及實現(xiàn)LS-SVM模型中的核函數(shù)計算過程，形成核函數(shù)矩陣，并將正定對稱的核函數(shù)矩陣進(jìn)行存儲；

可編程邏輯Programmable?Logic模塊，簡稱PL模塊，用于LS-SVM模型中線性方程組的求解，負(fù)責(zé)從DDR外部存儲模塊讀取正定對稱矩陣的值，進(jìn)行矩陣分解并實現(xiàn)求逆過程，最終將喬里斯基分解得到的下三角陣存儲在DDR外部存儲模塊中，并根據(jù)分解得到的下三角陣求出LS-SVM模型系數(shù)；

AXI總線模塊，用于PS模塊與PL模塊之間的信息傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于：

所述的PS模塊包括：

ARM處理器子模塊，用于對LS-SVM模型的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時，負(fù)責(zé)整個計算過程的任務(wù)調(diào)度；

Cache緩存子模塊，用于緩存ARM處理器子模塊處理的數(shù)據(jù)和提取的DDR外部存儲模塊中的數(shù)據(jù)；

DDR控制器子模塊，用于控制對DDR外部存儲模塊中數(shù)據(jù)的讀寫；

Memory?Interconnect子模塊，用于PS模塊內(nèi)部存儲之間的互聯(lián)；

Central?Interconnect子模塊，用于PS模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的互聯(lián)；

I/O子模塊；用于連接外部的串口及SD卡及調(diào)試。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于：

所述的PL模塊包括：

加速計算子模塊，用于實現(xiàn)線性方程組在可編程邏輯部分的加速求解；

AXI_DMA子模塊，用于實現(xiàn)PS與PL之間的快速數(shù)據(jù)傳輸，采用DMA傳輸方式，可以加快傳輸速度；

RAM/FIFO子模塊，用于可編程邏輯PL內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲或緩存。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于：

所述的AXI總線模塊包括：

AXI?GP子模塊，用于PS向PL傳輸控制信息，通過AXI-Lite總線實現(xiàn)；

AXI?HP子模塊，用于PS與PL之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，通過AXI-Stream總線實現(xiàn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于：

ARM處理器子模塊通過核函數(shù)對LS-SVM模型的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計算；其中，σ為超參數(shù)，x和y是樣本數(shù)據(jù)，均為l維的列向量；||·||為二范數(shù)計算。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zynq開發(fā)平臺構(gòu)建LS-SVM模型的加速計算片上系統(tǒng)，其特征在于PL模塊求出LS-SVM模型系數(shù)是通過以下方法實現(xiàn)的：

采用基于塊的喬里斯基分解方法，實現(xiàn)矩陣A的分解；并通過計算出η和v；其中，A為核函數(shù)矩陣，Y為訓(xùn)練樣本的輸出值，η和v為中間變量；

然后，將和轉(zhuǎn)換為：利用η和v求解得到α和b，從而完成LS-SVM模型的建模過程；其中xi為訓(xùn)練樣本，i為樣本中每個樣本值的下標(biāo)；x為預(yù)測輸入，y為訓(xùn)練樣本的輸出。