27、FPGA上P系统的实现与应用

FPGA上P系统的实现与应用

1. P系统在FPGA上的实现

1.1 硬件设计与规则转换

从硬件设计角度看，采用硬件寄存器数组来表示系统的当前配置（可以是细胞网络或扁平化的P系统）。使用了8位、16位和32位等不同大小的寄存器。规则并非直接表示，而是实现了适用规则集数量的算法、规则集的选择算法，以及与上一步配置差异的构建算法。资源使用不取决于规则数量，而取决于规则之间的依赖关系，更复杂的依赖关系需要更多资源。由于算法的数学特性，模拟目标P系统的一步仅需五个时钟周期。

1.2 硬件描述文件生成

系统的硬件描述由一个Java程序生成，该程序通过文本文件输入所需的P系统描述，并输出用VHDL编写的设计文件。这些文件可用于仿真和综合，以及后续的布局布线阶段。使用了Xilinx的三款目标开发板，其FPGA核心组件如下表所示：
| 开发板型号 | LUT6和FFs数量 | DSP数量 |
| — | — | — |
| Virtex - 5 FX70T | 44,800 | 128 |
| Virtex - 6 LX240T | 150,720 | 768 |
| Virtex - 7 VX485T | 303,600（LUT6），607,200（FFs） | 2,800 |

1.3 测试结果

测试了具有10 - 200条不同依赖规则的多种示例。时钟速度约为130 MHz，查找表（LUTs）的资源使用率高达40%，由于使用了大量乘法和除法运算，数字信号处理器（DSP）的使用率高达99%。

1.4 不同实现方法的优缺点