[发明专利]一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能芯片，具体讲是一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯片，属人工智能技术领域。

背景技术

人工智能是信息技术发展的重要方向之一。世界各国都在开展公式发现系统的研究工作，公式发现系统主要是指通过机器的发现学习，帮助学习者或研究者分析实验数据、发现潜在规律、验证学习者或研究者设想的一种系统。据资料报道，世界上目前只有美国德州仪器公司和惠普公司开发成功过一种手持式的具有公式发现功能的图形化计算仪。然而，这种计算仪在公式发现上仍然采用的是传统的数据拟合技术，当行列式元素微小变化引起解的显著变化的问题，即线性方程组系数行列式存在“病态问题”。并且，图形化计算仪发掘出来的公式只有多项式一种类型，不仅知识形式单一、可理解性、可用性差；更重要的是无法从得到的公式中了解周期性、变化趋势等重要特征。

Sinx＝x-0.166667x³+0.008333x⁵-0.0001984x⁷+0.0000027557x⁹-……(1)

阻尼振动曲线公式：x＝A₀e^-βtcos(ω_ft+φ)                     (2)

观察公式(1)等号左边与右边可以看出：右边的多项式表示形式无法体现周期性、变化趋势等重要特征，而左边则完全不同；公式(2)的情况更是如此。

目前国内外仅有的少数几个仪器制造企业设计和生产具有公式发现系统功能的芯片，大多数厂家仍延用基于通用嵌入式处理器，再加上外围电路组装后，公式发现由软件算法完成的方式，这种方式主要缺点是公式发现的效率低。第二种是基于FDD(Formula Discovery from Data，公式发现)的系统，其运行环境是计算机，而不是嵌入式系统，这种方式的主要缺点是体积大、外围接口单元多，无法随身便携，使用不方便。总之，目前还没有发现基于SOC(片上系统)的公式发现系统解决方案。因此，研究一种能够提高公式发现系统的效率，减少外围驱动接口单元及电路板间的信号传递，可重构的公式发现系统已成为国内外提高智能化信息发展研究的重要内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有公式发现功能的嵌入式智能芯片，其是基于XILINX公司的FPGA(Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)的公式发现SOC(片上系统)智能芯片。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有公式发现系统功能的嵌入式智能芯片，它包括存储器、IP软核芯片、软核微处理器、键盘接口、USB接口及LCD显示控制器，其特征在于：软核微处理器与存储器、IP模块、键盘接口、USB接口、LCD控制器通过各自的接口分别连接；所述IP软核芯片为内置有公式发现系统的SOC系统芯片。

其中，所述IP软核芯片包括数据输入端口、公式发现控制模块、公式库及公式输出端口；所述公式发现控制模块分别与数据输入端口、公式库、公式输出端口连接。

其中，所述公式发现控制模块内置有数据预处理模块、公式初选模块、误差分析模块和公式修正模块。

其中，所述公式库是将知识库中的知识预先固化于该模块中，此预固化程序对公式发现系统进行分析、判断、决定最终公式；该公式库包括原型函数公式库和原型算法库，其中，原型函数公式库是构成数学公式的基本单元，原型算法库所包括的原型决定了系统的发现能力。

其中，所述公式输出端口将所决定最终公式输出给LCD显示。

其中，该智能芯片通过键盘输入的原始数据或者通过USB接口从计算机下载的原始数据，首先经过公式发现IP核模块中数据预处理模块进行初步处理；第二步由公式初选模块根据误差逼近情况来优选原型函数；第三步由误差分析模块计算入选公式的相对误差并对误差进行比较；第四步根据用户提供的误差要求决定是否对系统所发现的公式进行修正；软核微处理器完成整个公式发现系统的调度工作，如实现数据输入或下载，响应接口命令，控制LCD显示刷新等功能；LCD控制器实现外部LCD的驱动功能。

其中，所述的经过公式发现IP核模块中数据预处理模块进行初步处理，包括两个方面，其一是根据具体情况对用户所提供的数据进行初步处理；其二是在多变量中选择两个变量以及向多变量的过渡处理。