【摘 要】
:
常微分方程的初值问题广泛应用于各领域的事物变化规律和运动现象的描述中。随着对客观世界认知深度和广度的增加,实际工程应用中的微分方程结构日趋复杂化,软件实现方案已经无法满足部分应用对计算量、计算速度和精度有非常严苛的约束。因此研究微分方程的数值解计算问题的硬件设计与实现有着非常重要的实用价值和应用前景。目前,在微分方程初值问题数值解实现技术的前沿研究领域,国内外学者对多倾向于在现场可编程门阵列(Fi
【基金项目】
:
国防科工局“十三五”民用航天预研项目“高性能高可靠XXXXXXX研究”; 国家自然科学基金项目XXX;
论文部分内容阅读
常微分方程的初值问题广泛应用于各领域的事物变化规律和运动现象的描述中。随着对客观世界认知深度和广度的增加,实际工程应用中的微分方程结构日趋复杂化,软件实现方案已经无法满足部分应用对计算量、计算速度和精度有非常严苛的约束。因此研究微分方程的数值解计算问题的硬件设计与实现有着非常重要的实用价值和应用前景。目前,在微分方程初值问题数值解实现技术的前沿研究领域,国内外学者对多倾向于在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片上,实现经典四阶龙格-库塔算法等数值解算法的求解电路,完成特定算法下的专用微分方程求解。综合考虑微分方程求解实现对通用性、灵活性、高效性的需求,本文设计了一种可重构的微分方程通用解算器。通过将可重构技术引入解算器结构设计中,确保解算器具备针对不同复杂度的微分方程和求解算法能够定制计算路径的能力。所设计的解算器支持对不同复杂度、阶数、变量等条件的微分方程计算结构的在线重构,具备了良好的通用性;同时,可根据应用需求对数值解算法进行选择,可在线调整输入变量初值、变化系数值,具有良好的求解算法,实现灵活性;支持对初始求解条件存在差异的大批量微分方程并发求解,充分发挥了硬件计算资源并行性,体现了极高系统资源利用率。本文在FPGA平台上完成了所设计微分方程同样解算器硬件实现与验证工作,通过几种微分方程实例测试了解算器的通用性、灵活性和高效性。使用不同的数值解法对不同微分方程求解,根据结果数据准确性证明解算器的通用性;使用不同的数值解法对同一微分方程求解,根据不同条件结果准确性、计算执行时间差异证明解算器的灵活性;对不同初值条件下的大批量确定微分方程求解,根据软硬件求解时间加速比证明解算器的高效性。
其他文献
肺癌作为发生频率最高的癌症类型之一,极大程度威胁人类机体健康。目前肺癌的治疗方法存在诸多限制条件,且副作用大,易产生耐药性。开发新型抗癌药物一直是研究重点。天然药物可作用于多个靶标且副作用小,因此受到广泛关注。霍山石斛(Dendrobium huoshanense)作为名贵中草药,具有极高的药用价值。本课题通过两种动物模型以及细胞实验,探究霍山石斛对非小细胞肺癌(non-small cell lu
背景:胆汁淤积是由胆汁分泌代谢紊乱引起的一种疾病,大量毒性胆汁酸的累积会对肝细胞及机体造成损伤。胆汁淤积未能及时治疗会逐渐发展为肝纤维化甚至肝硬化。炎症与氧化损伤是胆汁淤积病理发展的重要成因。芹菜素是一种天然的黄酮类化合物,具有良好的抗增殖、抗炎与抗氧化作用。目前已有大量的研究表明,芹菜素对于由炎症与氧化损伤引起的肝脏疾病有很好的治疗效果,但该物质对胆汁淤积的治疗效果及其作用机制尚不清楚。方法与结
【背景和目的】医疗服务质量是医疗机构工作质量的核心和关键所在,也是提高人民健康水平的重要保证。客观、公正地综合评价医院医疗服务质量,对医院管理者提高医疗服务质量具有重要的现实意义。然而由于医疗体系存在医疗需求多样性和随机性,以及医疗信息不对称,以致政府在管理公立医院时,难以对不同病例的诊疗进行合理评价、监督与指导。为解决这一难题,国际上常常采用病例组合(Case Mix)工具对病例进行风险调整来保
目的:肠道菌群的紊乱会通过肠脑轴引起神经功能损伤以及行为异常,丁酸梭菌作为一种益生菌具有调节动物肠道菌群及缓解神经损伤的能力。社会等级在大鼠的社会组织中是普遍存在且可塑的,并且可以通过行为实验进行评价。本文旨在探究大鼠肠道菌群是否可以影响其社会等级行为,以及丁酸梭菌对菌群的干预能否对其社会等级行为产生影响,并探明其中肠脑轴介导模式以及表观遗传学机制。方法:通过攻击行为实验与水竞争实验,将排除同窝偏
心力衰竭(Heart failure,HF)是一种是心脏病理性的生理状态。其发病率、死亡率高,由此导致频繁的住院治疗会大幅降低患者的生活质量。沙库巴曲/缬沙坦(LCZ696)是一种新型抗心力衰竭药物,该药物可显著改善患者生存状态。仙桂胶囊(Xian Gui capsule,XG)是一种传统中药,有研究发现仙桂胶囊对心血管具有很好的保护作用。本课题中,我们通过小鼠心力衰竭模型来探究仙桂胶囊、LCZ6
随着素质教育的发展和城市化的推进,城市中的中小学校在设计时开始面临一种困难的局面:学校的生均建筑面积在增加,学校的生均用地面积却在减少。如何在有限的用地条件下营造出符合素质教育要求的良好校园空间环境成为设计师们思考的重点。在此背景下,综合体理念开始被应用在中小学校的设计中,中小学校园综合体应运而生,因其具有集约、高效和共享等特征,能够有效的提高土地的利用率、提升校园的运行效率、促进师生间的交流并增
微波功率放大器广泛运用在了众多领域之中,例如移动通信基站、雷达、卫星通信、航空航天等。第三代半导体材料GaN以其禁带较宽、高击穿场强、高电子饱和漂移速度、热导率高、化学性质稳定等优点在微波功率放大器的设计中扮演着不可缺少的角色。但由于Al GaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)通常在温度较高和功率较大条件下工作,器件的温度特性和可靠性成为必须重点关注的问题。在微波功率放大器的设计过程中
新型半导体材料钙钛矿由于其具有直接带隙且带隙可调、吸光系数高、载流子迁移率高等特点,近年来一直是光电器件研究领域的研究热点。对钙钛矿进行形貌调控是诸多研究方向中的一个,研究证明,钙钛矿纳米线结构具有光学上的各项异性,光生载流子在径向传输受到限制而沿轴向高效传输,这拓展了该材料的应用场景且有利于改善基于钙钛矿材料的光电器件的电荷传输。考虑到光电器件的集成化,钙钛矿纳米线的合成需要以一种经济、大面积、
肿瘤微环境(TME)具有弱酸性、过氧化氢(H2O2)和谷胱甘肽(GSH)过表达、过氧化氢酶活性低和缺氧等特点。化学动力学疗法(CDT)是一种针对TME的新兴抗癌策略,因其高治疗特异性和低侵袭性的优点而得到广泛的研究,在CDT过程中,肿瘤内源性的H2O2在金属催化剂(如Fe、Mn、Cu、Co等)的作用下,通过Fenton反应或类Fenton反应分解生成羟基自由基(·OH),·OH是危害最大的活性氧(
椭圆曲线密码算法作为一种公钥密码算法,具有安全性高、占用存储空间小等优点,在信息安全领域得到了广泛的应用。为了保障信息安全,密码安全等级、密钥位宽的不断增加,造成了椭圆曲线点乘和有限域运算复杂度成倍增长,影响了计算平台处理椭圆曲线密码算法的性能。另外,随着网络带宽的不断提升,对计算平台的处理性能的要求不断提升,FPGA作为一种半定制专用集成电路,具有并行度高、灵活性强的优点。因此,本文基于FPGA