一起学习用Verilog在FPGA上实现CNN----(七)全连接层设计
1 全连接层设计
1.1 Layer
进行线性计算的单元layer,原理图如图所示:

1.2 processingElement
Layer中的线性计算单元processingElement,原理图如图所示:

processingElement模块展开原理图,如图所示,包含一个乘法器和一个加法器,对输入进行累乘和累加

1.3 weightMemory
全连接层的权重存储于weightMemory单元,原理图如图所示:

2 代码实现
2.1 weightMemory
2.1.1 设计输入
创建weightMemory文件,操作如图:

双击打开,输入代码:
module weightMemory(clk,address,weights);parameter DATA_WIDTH = 32;
parameter INPUT_NODES = 100;
parameter OUTPUT_NODES = 32;
parameter file = "E:/FPGA_Learn/FPGA/Day1211/Weight/weightsdense_1_IEEE.txt";localparam TOTAL_WEIGHT_SIZE = INPUT_NODES * OUTPUT_NODES;input clk;
input [7:0] address;
output reg [DATA_WIDTH*OUTPUT_NODES-1:0] weights;reg [DATA_WIDTH-1:0] memory [0:TOTAL_WEIGHT_SIZE-1];integer i;always @ (posedge clk) begin if (address > INPUT_NODES-1 || address < 0) beginweights = 0;end else beginfor (i = 0; i < OUTPUT_NODES; i = i + 1) beginweights[(OUTPUT_NODES-1-i)*DATA_WIDTH+:DATA_WIDTH] = memory[(address*OUTPUT_NODES)+i];endend
endinitial begin$readmemh(file,memory);
endendmodule
如图所示:

2.1.2 分析与综合
将weightMemory设置为顶层:

关闭上次分析文件:

对设计进行分析,操作如图:

分析后的设计,Vivado自动生成原理图,如图:

原理图如图:

对设计进行综合,操作如图:

综合完成,关闭即可
2.1.3 功能仿真
创建仿真激励文件,操作如图:

双击打开,输入激励代码:
module tb_weightMemroy();reg clk;
reg [6:0] address;
wire [32*32-1:0] weights;localparam PERIOD = 100;always#(PERIOD/2) clk = ~clk;initial begin#0clk = 1'b0;address = 0;#PERIODaddress = 1;#PERIOD address = 2;#PERIODaddress = 32;#PERIOD$stop;
endweightMemory UUT
(.clk(clk),.address(address),.weights(weights)
);endmodule
如图所示:

将tb_weightMemory设置为顶层:

开始进行仿真,操作如下:

仿真波形,如图:

仿真结束,关闭仿真:

2.2 processingElement
2.2.1 设计输入
创建processingElement文件,操作如图:

双击打开,输入代码:
module processingElement(clk,reset,floatA,floatB,result);parameter DATA_WIDTH = 32;input clk, reset;
input [DATA_WIDTH-1:0] floatA, floatB;
output reg [DATA_WIDTH-1:0] result;wire [DATA_WIDTH-1:0] multResult;
wire [DATA_WIDTH-1:0] addResult;floatMult FM (floatA,floatB,multResult);
floatAdd FADD (multResult,result,addResult);always @ (posedge clk or posedge reset) beginif (reset == 1'b1) beginresult = 0;end else beginresult = addResult;end
endendmodule
如图所示:

2.2.2 分析与综合
将processingElement设置为顶层:

对设计进行分析,操作如图:

分析后的设计,Vivado自动生成原理图,如图:

对设计进行综合,操作如图:

综合完成,关闭即可:

2.2.3 功能仿真
创建仿真激励文件,操作如图:

双击打开,输入激励代码:
module tb_processingElement();reg clk,reset;
reg [31:0] floatA, floatB;
wire [31:0] result;localparam PERIOD = 100;always#(PERIOD/2) clk = ~clk;initial begin#0clk = 1'b0;reset = 1;// A = 2 , B = 3floatA = 32'b01000000000000000000000000000000;floatB = 32'b01000000010000000000000000000000;#(PERIOD/4)reset = 0;// A = 1 , B = 5#(3*PERIOD/4)floatA = 32'b00111111100000000000000000000000;floatB = 32'b01000000101000000000000000000000;#(3*PERIOD/2)reset = 1;#(PERIOD)$stop;
endprocessingElement PE
(.clk(clk),.reset(reset),.floatA(floatA),.floatB(floatB),.result(result)
);endmodule
如图所示:

将tb_processingElement设置为顶层:

开始进行仿真,操作如下:

仿真波形,如图:

仿真结束,关闭仿真:

2.3 Layer
2.3.1 设计输入
创建Layer文件,操作如图:

输入文件名:

确定创建:

双击打开,输入代码:
module layer(clk,reset,input_fc,weights,output_fc);parameter DATA_WIDTH = 32;
parameter INPUT_NODES = 100;
parameter OUTPUT_NODES = 32;input clk, reset;
input [DATA_WIDTH*INPUT_NODES-1:0] input_fc;
input [DATA_WIDTH*OUTPUT_NODES-1:0] weights;
output [DATA_WIDTH*OUTPUT_NODES-1:0] output_fc;reg [DATA_WIDTH-1:0] selectedInput;
integer j;genvar i;generatefor (i = 0; i < OUTPUT_NODES; i = i + 1) beginprocessingElement PE (.clk(clk),.reset(reset),.floatA(selectedInput),.floatB(weights[DATA_WIDTH*i+:DATA_WIDTH]),.result(output_fc[DATA_WIDTH*i+:DATA_WIDTH]));end
endgeneratealways @ (posedge clk or posedge reset) beginif (reset == 1'b1) beginselectedInput = 0;j = INPUT_NODES - 1;end else if (j < 0) beginselectedInput = 0;end else beginselectedInput = input_fc[DATA_WIDTH*j+:DATA_WIDTH];j = j - 1;end
endendmodule
如图所示:

2.3.2 分析与综合
将Layer设置为顶层:

关闭上次的分析文件:

对设计进行分析,操作如图:

分析后的设计,Vivado自动生成原理图,如图:

原理图如图:

对设计进行综合,操作如图:

综合完成,关闭即可:

2.3.3 功能仿真
创建仿真激励文件,操作如图:

双击打开,输入激励代码:
module tb_layer();
reg clk, reset;
reg [32*100-1:0] input_fc;
wire [32*32-1:0] weights;
wire [32*32-1:0] output_fc;reg [7:0] address;localparam PERIOD = 100;always#(PERIOD/2) clk = ~clk;always @ (posedge clk or posedge reset) beginif (reset == 1'b1) beginaddress = 0;end else beginaddress = address + 1;end
endweightMemory WM
(.clk(clk),.address(address),.weights(weights)
);initial begin#0clk = 1'b0;reset = 1'b1;input_fc = 3200'b00111110110101101010010110110100001111110011010001110101011100000011111100101101101110010110001000111110101011101000010101010100001111110110000001111111101110100011111011000011010010010111101000111111011111001000101111111100001111110111001000101111111000000011111101011010001000111010111000111111011101000000011111101110001111100010111111011001011101100011111100000010101100110000001000111110101010010111100101011010001111101100110010000101101000000011111101111011101001111111110000111110011010111101000111101110001111110110011010000011110100100011111101101111110100011101110000111110101011011010100101100100001111100001000110100001000100100011111100010001101100110010100000111111001011100010000101100100001111110111100011001101111010100011111010100100100001010011110000111111010011010100111110011100001111110010101001000011010101100011111101111100000000000000000000111110101010001011100101010110001111110100110001101111100111000011111000001100010010010011010000111111000110110111111100111000001111011001010011100001001010100011111100001100000001110001010000111111000000111101100100000010001111110110111100001011111000000011111100111000110101110110101000111111001011110010100101011110001111110110111101110111111000100011111101101001101000011100101000111111010110110100010110111110001111110011000111010101010111100011111101001000000100011001000000111110110001001110100110000000001111101111011010111101111101000011111011110100011110011111011000111101110110011001000110111100001111101110000100001101101111100011110110101010011000010101101000111111010100001000110110100000001111101011010011101101011100000011111101100000101000011011111000111110101110111001010110000000001111110100010100110011100011100011111010010001011000010001110000111101010111101000000110110000001111110101100010001101101100000011111100001101101010010010001000111111000000111001100100001010001111110110010011011011110011100011111101101111001100111101101000111111010111111011100110111110001111110001000111101011001000000011111010110001110010010111000000111111001100001010001101100010001111101010011010010001010000100011111101011110000100111100001000111101101000101100000101000110001111110110000011111011110010100011111101010010101000111010110000111111000001010101101100000010001111110010101100000101010100100011111100000001111101010000011000111111001000010011100101000010001111101100011100001101100001000011110110111001100100010111100000111110111101111001110111110100001110110111000000000001110110100011111010000110000011010000001000111111010010010011011110001110001111110000111010110101000111000011111101111101111010111111101000111111000110011001101100101100001111011000101110000001000101000011111001010010100010011001100000111110110100011001010110101010001111110011100101111011011101000011111000110011010110010111100000111111000110111101100100110100001111110000011101111011000001100011111101011111000000111100000000111111001110111111111101111010001111101100001101100101100010000011111100000100011111010000101000111100001100111000000100110110001111110110110010100011110101100011111001011000011110011100010000111110000100101010000100110000001111110101100001110101101101000011110111101101011100011111001000111101011101111110000111101110;#PERIODreset = 1'b0;#(102*PERIOD)$stop;
endlayer UUT
(.clk(clk),.reset(reset),.input_fc(input_fc),.weights(weights),.output_fc(output_fc)
);
endmodule
如图所示:

将tb_layer设置为顶层:

开始进行仿真,操作如下:

仿真波形,如图:

仿真结束,关闭仿真:

2.4 integrationFC
2.4.1 设计输入
打开integrationFC文件,输入代码:
module integrationFC(clk,reset,iFCinput,CNNoutput);parameter DATA_WIDTH = 32;
parameter IntIn = 120;
parameter FC_1_out = 84;
parameter FC_2_out = 10;input clk, reset;
input [IntIn*DATA_WIDTH-1:0] iFCinput;
output [FC_2_out*DATA_WIDTH-1:0] CNNoutput;wire [FC_1_out*DATA_WIDTH-1:0] fc1Out;
wire [FC_1_out*DATA_WIDTH-1:0] fc1OutTanh;wire [FC_2_out*DATA_WIDTH-1:0] fc2Out;
wire [FC_2_out*DATA_WIDTH-1:0] fc2OutSMax;wire [DATA_WIDTH*FC_1_out-1:0] wFC1;
wire [DATA_WIDTH*FC_2_out-1:0] wFC2;reg FC1reset;
reg FC2reset;
reg SMaxEnable;
wire DoneFlag;reg [7:0] address1;weightMemory
#(.INPUT_NODES(IntIn),.OUTPUT_NODES(FC_1_out),.file("E:/FPGA_Learn/FPGA/Day1211/Weight/weightsdense_1_IEEE.txt"))W1(.clk(clk),.address(address1),.weights(wFC1));layer
#(.INPUT_NODES(IntIn),.OUTPUT_NODES(FC_1_out))FC1(.clk(clk),.reset(FC1reset),.input_fc(iFCinput),.weights(wFC1),.output_fc(fc1Out));
layer
#(.INPUT_NODES(FC_1_out),.OUTPUT_NODES(FC_2_out))FC2(.clk(clk),.reset(FC2reset),.input_fc(fc1OutTanh),.weights(wFC2),.output_fc(fc2Out));
softmax SMax(.inputs(fc2Out),.clk(clk),.enable(SMaxEnable),.outputs(CNNoutput),.ackSoft(DoneFlag));endmodule
如图所示:

2.4.2 分析与综合
将integrationFC设置为顶层:

关闭上次的分析文件:

对设计进行分析,操作如图:

分析后的设计,Vivado自动生成原理图,如图:

希望本文对大家有帮助,上文若有不妥之处,欢迎指正
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目录 1.内存模型 1.1.JVM内存模型的介绍 1.2.堆和栈的区别 1.3.栈的存储细节 1.4.堆的部分 1.5.程序计数器的作用 1.6.方法区的内容 1.7.字符串池 1.8.引用类型 1.9.内存泄漏与内存溢出 1.10.会出现内存溢出的结构 1.内存模型 1.1.JVM内存模型的介绍 内存模型主要分…...
Ubuntu Cursor升级成v1.0
0. 当前版本低 使用当前 Cursor v0.50时 GitHub Copilot Chat 打不开,快捷键也不好用,当看到 Cursor 升级后,还是蛮高兴的 1. 下载 Cursor 下载地址:https://www.cursor.com/cn/downloads 点击下载 Linux (x64) ,…...
在树莓派上添加音频输入设备的几种方法
在树莓派上添加音频输入设备可以通过以下步骤完成,具体方法取决于设备类型(如USB麦克风、3.5mm接口麦克风或HDMI音频输入)。以下是详细指南: 1. 连接音频输入设备 USB麦克风/声卡:直接插入树莓派的USB接口。3.5mm麦克…...
深入浅出Diffusion模型:从原理到实践的全方位教程
I. 引言:生成式AI的黎明 – Diffusion模型是什么? 近年来,生成式人工智能(Generative AI)领域取得了爆炸性的进展,模型能够根据简单的文本提示创作出逼真的图像、连贯的文本,乃至更多令人惊叹的…...
华为OD最新机试真题-数组组成的最小数字-OD统一考试(B卷)
题目描述 给定一个整型数组,请从该数组中选择3个元素 组成最小数字并输出 (如果数组长度小于3,则选择数组中所有元素来组成最小数字)。 输入描述 行用半角逗号分割的字符串记录的整型数组,0<数组长度<= 100,0<整数的取值范围<= 10000。 输出描述 由3个元素组成…...
