基于System Generator的卷积加速结构设计与实现

为解决卷积神经网络中卷积运算耗时长、运算复杂的问题,针对卷积运算的并行性特征,提出一种基于分块的流水线加速方法,并基于该方法在System Generator上进行了电路设计。通过在FPGA(Field-programmable Gate Array)上进行实验验证,该设计模型能正确输出卷积运算结果;在结构和输入数据相同的情况下,该设计模型在计算速度上相比于普通CPU最高可加速258倍,相比于服务器级CPU提高了近40倍,具有良好的加速效果。

基于艾灸温度场的36点仿真测温仪器的研制

目的为了提高艾灸热场实验中治疗区域热场分布研究的便捷性、安全性与检测的准确度,研制一种具有36个测温点的仿真测温仪器。方法采用嵌入式技术设计的仿真测温仪器,选用PT100铂电阻作为采集温度信息的传感器件(以6×6矩阵格式均匀分布)。根据传统艾灸试验中热场研究的原理与操作特点,可以模拟临床试验和动物皮肤组织实验。仿真测温仪器的硬件部分包含模拟皮层、温度信号采集单元、单片机数据处理单元和个人计算机显示单元4部分,软件部分由温度采集程序、显示程序、通信程序构成。结果36点仿真测温仪器内部结构为观察窗、液晶显示屏、核心控制电路、直流电源、传感器测量电路板。仪器的设计量程为20℃~64℃,分度值为0.1℃。该仪器成功测量36点温度数据,实时刷新频率3 Hz。使用艾条对测温区域进行模拟艾灸,得到温度场分布呈中心最高向四周逐渐递减的分布趋势,同时整个温度场分布较为均匀,无明显异常数据,这也符合实际的温度分布规律。结论该仪器不仅可以实时测得热场分布以等效模拟传统艾灸热场实验,还解决了临床试验和动物皮肤组织实验中所面临的烫伤、工序复杂等问题。

基于System Generator的稀疏编码算法设计及硬件实现

为了提高稀疏编码算法的处理速度,设计了一种通过System Generator在FPGA上实现的正交匹配追踪算法。算法由矩阵数据并行输出模块、矩阵乘法运算模块、最匹配原子与列索引选择模块、Cholesky分解模块与求逆算法模块、残差更新模块5个模块组成。通过对模块内部算法并行化设计,提高了正交匹配追踪算法的运行速率。仿真结果表明:设计的系统可以有效实现正交匹配追踪算法,算法的处理速度比软件处理有了明显的提升,处理结果精度较好,证明该设计可行且有效。

温和灸和雀啄灸温度场分布特点的实验研究

目的:探索中医传统灸法温和灸和雀啄灸治疗过程中的温度场分布和变化规律。方法:选取健康受试者6名,分别予足三里穴温和灸和雀啄灸,时间为25 min,采用红外热成像仪监测足三里穴施灸过程中的温度场分布,并采用仿真测温仪监测模拟皮层施灸过程中的温度场分布,观察温和灸和雀啄灸第20 min时模拟皮层和受试者足三里穴产生的温度场分布,并选取距离施灸中心半径0.7、2.1、3.5cm的温度值,比较模拟皮层和足三里穴在不同悬起灸法下的温度场分布特点和变化规律。结果:温和灸和雀啄灸20 min时,足三里穴的温度场皆为以施灸点为中心、温度向四周方向递减的曲面图;模拟皮层的温度场与足三里穴施灸所形成的温度场特点一致;温和灸形成的温度场沿纵向的温度梯度分布均匀;雀啄灸温度场的纵向温度则相差悬殊,其最高温度和平均温度均较温和灸高,且第1次到达峰值时间比温和灸短;在足三里施灸实验的非施灸区域存在热量传递。结论:仿真测温仪和足三里穴在悬起灸法下产生的温度场存在距离特征,但雀啄灸较温和灸对施灸中心的温热刺激作用更明显,产生温热刺激的区域比温和灸更集中;悬起灸产生的辐射能量在皮肤组织中散射衰减,导致温度场存在一定的温度梯度;艾灸产生的温热刺激在皮肤表层中有温通效应。