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龙图腾网恭喜杭州电子科技大学申请的专利基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114491391B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-04-29发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210053200.8，技术领域涉及：G06F17/13；该发明授权基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法是由黄继业;谢辉;董哲康;何志伟;杨宇翔设计研发完成，并于2022-01-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法在说明书摘要公布了：本发明公开了基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法，包括以下步骤：S1，构建待求解微分方程模块；S2，基于改进的四阶Runge‑Kutta算法数值迭代求解模型和上述S1中的模块，构建全硬件化、局部并行计算的参数更新模块；S3，基于S2中参数更新模块，构建用于计算的算法子顶层模块；S4，基于状态寄存器，构建实时控制模块，具备对子顶层模块的运行控制、x变量的迭代计算等功能；S5，基于S1～S4中所有模块，构建算法计算模型的顶层模块，并预留必要的参数用户接口。本发明保证高求解精度的同时，在一定程度上缓解该算法数值迭代模型固有的高串行性所带来的计算时延问题。

本发明授权基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法在权利要求书中公布了：1.基于FPGA的一阶线性微分方程硬件逻辑实时求解方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，构建待求解微分方程的HDL模块diffEqu；S2，基于改进的四阶Runge-Kutta算法数值迭代求解模型和上述S1中diffEqu模块，构建全硬件化、局部并行计算的K1、K2、K3、K4参数更新模块；S3，基于S2中参数更新模块，构建用于计算yn+1的算法子顶层模块RK_calc_subtop；S4，基于状态寄存器，构建实时控制模块RK_CTRL，具备对RK_calc_subtop模块的运行控制、x变量的迭代计算等功能；S5，基于S1～S4中所有模块，构建算法计算模型的顶层模块，并预留必要的parameter参数用户接口；所述S1中包括以下步骤：S11，将待求解的一阶线性微分方程改写为形式；S12，调用各类浮点运算IP或编写FPGA逻辑，对S11中的fx,y部分进行HDL模块实现，其中，模块以精度可配置的浮点数x、y及其有效指示信号x_vld、y_vld作为输入信号，以相同格式的浮点数res及其有效指示信号res_vld作为输出信号；所述S2中四阶Runge-Kutta算法数值迭代求解模型，即K1＝fxn,yn1 K4＝fxn+s,yn+s*K34 其中，s为x一次迭代的步长，来源于用户定义参数STEP；所述S2中构建全硬件化、局部并行计算的K1、K2、K3、K4参数更新模块，包括以下步骤：S21，构建一个通用化的参数更新模块Kx_calc，该模块的输入信号为前级参数更新模块的输出信号、半步长以及一次迭代的x，y初始值，输出信号为Kx参数；模块内部先对本次迭代的x，y值以并行计算的方式加入步长信息和前级模块计算所得的参数信息，获得x′和y′，再将x′和y′送入实例化的diffEqu模块进行Kx参数计算；S22，针对K1参数更新模块K1_calc，直接例化diffEqu模块即可；S23，针对K2、K3、K4参数更新模块K2_calc、K3_calc、K4_calc，分别实例化S21中所述通用化的参数更新模块Kx_calc即可；S24，上述四个参数更新模块并行化运行，利用寄存器组Kx_res_cache对一次迭代周期内各参数更新模块的计算结果进行数据缓存；所述S2中改进的四阶Runge-Kutta算法数值迭代求解模型，即针对形式的一阶线性微分方程，Kx参数的计算公式简化为：K1＝fxn6 K4＝fxn+s9上述Kx参数并行计算，使得计算消耗时钟数缩减为原先的14，利用4bit状态寄存器calc_complete指示并行计算完成，并将计算结果存储至S24所述Kx_res_cache寄存器组；所述S3中构建用于计算yn+1的算法子顶层模块RK_calc_subtop，包括以下步骤：S31，以S23中所述K4_calc模块的输出有效信号高有效作为使能信号，接收来自S24所述寄存器组Kx_res_cache的并行数据，并将其送入乘加树中进行并行化计算，计算公式如5式；S32，以最后一个浮点数乘加单元的输出数据有效信号作为一次迭代完成信号，将一次迭代所得数据yn+1与该数据的有效信号一起送入S4所述实时控制模块RK_CTRL中；所述S4中1bit状态寄存器runtime_flag，用于指示迭代状态，具体地，“0”表示迭代结束或者未启动迭代，“1”表示处于迭代计算中，其值来源于x变量与用户设定x的终止值X_END之间差值的符号位；所述S4中构建实时控制模块RK_CTRL，具备对RK_calc_subtop模块的运行控制、x变量的迭代计算等功能，包括以下步骤：S41，计算x与用户设定步长参数STEP的和，获得下次迭代x的初始值xn+1；S42，将xn+1与S32中所述yn+1进行数据对齐后，作为实时控制模块RK_CTRL的输出信号，与启动脉冲start_one_Kx_calc一起送至RK_calc_subtop，用于指示RK_calc_subtop模块进行下一次迭代计算；所述S31中将寄存器组Kx_res_cache的并行数据送入乘加树中进行并行化计算，包括以下步骤：S311，第一级并行结构，包含两个浮点数乘加单元，用于计算5式中K1+2K2和2K3+K4，结果记为R1和R2；S312，第二级并行结构，包含一个浮点数加法单元和一个浮点数除法单元，分别用于计算S311中所述K1+2K2、2K3+K4的和，结果记为R3，以及结果记为R4；S313，第三级并行结构，包含一个浮点数乘加单元，进行5式的整体实现，即求得yn+1＝yn+R3*R4。

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