基于RI5CY处理器的智能物联网芯片设计

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1、学校代号10532学号S150700576分类号TN431.2密级不保密硕士学位论文基于RI5CY处理器的智能物联网芯片设计学位申请人姓名李乐媛培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称曾健平副教授学科专业电子科学与技术研究方向数字集成电路设计论文提交日期2018年5月10日学校代号：10532学号：S150700576密级：不保密湖南大学硕士学位论文基于RI5CY处理器的智能物联网芯片设计学位申请人姓名：李乐媛导师姓名及职称：曾健平副教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：电子科学与技术论文提交日期：2018年5月10日论文答辩日期：2018年5月23日答辩

2、委员会主席：文双春教授TheDesignofIntelligentInternetofThingsChipBasedonRI5CYProcessorbyLILeyuanB.S.(HunanCityUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinElectronicScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociatePr

3、ofessorZENGJianPingMay,2018基于RI5CY处理器的智能物联网芯片设计摘要物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展产物，更是继互联网之后，改变人类生活形态的重大产业革命。目前，基于云平台的各种物联网产业包括智能社区、智能医疗、智能家居等已逐渐被建立起来，极大地方便了人类的生产生活。但是，随着大量的智能物端设备接入网络，网络数据量呈爆炸式增长，这将会导致网络瘫痪，物端反应迟缓，甚至存在安全隐患。为克服物联网海量数据带来的影响，设计一款具备智能设备感知能力和数据处理能力的智能物端核心芯片具有深远的战略意义和应用价值。本

4、文采用IP核复用方法，提出了一款具备智能识别能力的物联网芯片设计方案，该芯片通过AMBA4.0AXI总线搭载RI5CY开源处理器核、AHB高速子系统和APB低速子系统，其中AHB高速子系统挂载了CameraIP、MemCtrl、ANN等高性能智能模块，而APB低速子系统挂载智能设备常规接口UART、IIC、GPIO以及PWM等。本文主要基于人工神经网络结构固有的并行性，完成了ANN硬件加速模块设计。其中，运算单元链模块采用脉动阵列以流水线方式解决了ANN运算过程中数据阻塞问题，可根据网络大小动态调整、合理使用PE单元，即对于小型网络可用较少的PE单元以更低的功耗完

5、成网络运算，对于大型网络则同时调用8个PE单元并行执行神经元运算，相对其他的ANN串行执行，可提速64.25倍。最后，针对整个智能芯片系统搭建了完备的系统验证平台，对系统进行了Modelsim功能仿真和FPGA原型验证，并在系统中完成基于ANN硬件加速模块实时识别摄像头采集到的字符图像的应用测试。本文设计的智能物联网芯片首次搭载了AI模块，能够在智能设备终端处实现实时识别手写字符，有效地减少了边缘数据的传输；同时，对系统芯片整体性能及系统功耗进行了评估，结果表明本文设计的物联网智能芯片系统的功能、性能、功耗等指标符合设计要求。关键词：RISC-V；物联网芯片；AM

6、BA总线；人工神经网络；硬件加速器II硕士学位论文AbstractTheInternetofThingsisanimportantpartoftheinformationtechnologyofthenewgeneration.Itisalsoanimportantdevelopmentproductintheageof"informatization",anditisalsotheimportantindustrialrevolutionthatchangesthehumanlifeformaftertheInternet.Atpresent,variouski

7、ndsofInternetofThingsbasedoncloudplatformincludeintelligentcommunity,intelligentmedicine,intelligenthomeandsoon，whichhavebeenestablishedgradually,greatlyfacilitatesthehumanproductionandliving.However,asalargenumberofintelligentmaterialdevicesareconnectedtothenetwork,theamountofnetwork

8、dataw