[发明专利]一种低硬件开销的分段线性函数的硬件实现方法

权利要求书

1.一种低硬件开销的分段线性函数的硬件实现方法，其特征在于，分段线性函数实现方法包括以下步骤：

步骤一、确定指数函数的时间窗范围，范围之外的值近似为零；

步骤二、将STDP规则中的指数函数近似为分段线性函数，即各分段的表达式均为Y=a*Δt+b的形式；

步骤三、根据各分段的表达式，给每个分段设计对应的移位信号和，以及截距b的值；

步骤四、有Δt输入时，判断Δt所在的分段，用分段信号S表示Δt所在的分段；

步骤五、根据分段信号S，通过多路选择器选择相应的移位信号和以及截距值b的值；

步骤六、将Δt右移位，保存在寄存器1中；

步骤七、将第一次移位的结果右移位，保存在寄存器2中；

步骤八、利用加法器将寄存器1和2的值相加，得到a*Δt的值；

步骤九、利用加法器将a*Δt的值与b的值相加，得到分段线性函数的值，即指数函数的近似值；

步骤十、利用加法器，移位寄存器，乘法器，完成STDP规则中与参数相关的常规运算。

2.根据权利要求1所述的一种低硬件开销的分段线性函数的硬件实现方法，其特征在于：步骤二中a设置为2的幂或2的幂的线性组合。

3.根据权利要求1所述的一种低硬件开销的分段线性函数的硬件实现方法，其特征在于：该方法在有输入值时优先判断输入值所在分段，对处于任何分段的输入值，均利用信号控制完成两次移位运算和两次加法运算，得到函数计算结果，从而避免为函数的每个分段设计运算电路，低硬件开销的实现分段线性函数。

4.根据权利要求1所述的低硬件开销的分段线性函数的硬件实现方法，该方法利于硬件实现的STDP规则的近似模型，其特征在于：该近似模型将STDP规则中的指数函数近似为分段线性函数，每个线性分段的斜率均设置为2的指数次幂，并将STDP规则中的相关参数近似为2的指数次幂，使得乘法可被移位再相加代替，降低实现STDP规则实现的硬件开销。

5.根据权利要求4所述的STDP规则的近似模型，其特征在于：利用低硬件开销的实现方法对分段线性函数进行实现，实现的STDP系统包含移位寄存器、加法器、多路选择器结构，系统对输入值进行移位相加代替分段函数的乘法运算，用加法器进行加法运算，利用移位代替突触参数的乘法运算，低硬件开销实现STDP规则。

6.根据权利要求4所述STDP规则的近似模型，其特征在于：STDP规则中，权重的调整量与前后两个神经元激活的时间差呈函数关系，典型的STDP学习窗函数如下所示:

。

7.根据权利要求6所述的STDP规则，其特征在于：Δw为要计算的权重修改量，Δt为神经元发出脉冲时间与接收到脉冲时间之差， 和 等为权重时间常数，Ap和Ad等为权重增益参数，STDP规则中包含的指数函数会导致很大硬件实现开销。