作为自然计算的一个新分支,膜计算从生物细胞的结构和功能中,以及从器官、组织和细胞群等高级结构中抽象出计算模型,并分析其计算能力与计算效率。膜计算具有极大并行性、非确定性、分布式等特点,为信息科学领域提供了一种新的分布式并行模型。自膜计算提出以来,膜计算模型实现研究备受关注,除在传统计算机上用软件仿真膜系统外,膜计算硬件实现作为从理论研究到实际应用中关键一步,具有非常重要的意义。而FPGA具有并行执行特性、灵活性以及可定制性等优势,非常适合膜计算模型设计。基于以上原因,本文以细胞型膜系统和组织型膜系统为例,研究膜计算模型FPGA实现方法具有重要理论价值与实际意义。本文主要工作及研究成果可概括如下:1、给出一种细胞型膜系统FPGA实现方法,并在其中引入一种改进的非确定性算法。首先对膜结构、对象多重集和进化规则三个膜系统基本要素进行实现;然后对极大并行性与非确定性实现,通过限定范围的随机数硬件产生方法对引入的改进非确定性算法进行FPGA实现;并通过一个细胞型膜系统在硬件实现,验证了所给出细胞型膜系统FPGA实现方法的可行性。2、给出一种组织型膜系统FPGA实现方法,并设计一种用于组织型膜系统通信交流的异步缓存器。首先对组织型膜系统多时钟模块与异步缓存器模块进行设计与实现,并进行功能测试,成功实现组织型膜系统细胞间的对象交流。然后将一个组织型膜系统在FPGA开发板上进行多时钟实现,结果表明组织型膜系统FPGA实现方法是可行并且有效的。3、采用实验方法分析影响膜计算模型FPGA实现效率的因素。通过改变细胞型膜系统的对象数量、对象种类与进化规则数目,对影响膜计算模型硬件实现效率的因素进行分析;并将细胞型膜系统FPGA实现耗时与仿真软件MeCoSim实现耗时进行对比,实验结果表明,在FPGA上以极大并行实现膜系统加速效果明显,大大缩短消耗时间,取得了100倍以上的加速比。