一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法与流程

技术特征：
1.一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述方法包括：s1：确定risc-v体系下鲸鱼优化算法处理器的结构以及处理器内寄存器的分配策略；s2：根据寄存器分配策略对寄存器进行分配；s3：确定risc-v体系结构下的指令选择策略；s4：根据指令选择策略确定鲸鱼优化算法实施指令，并将所确定的实施指令发送到鲸鱼优化算法处理器，鲸鱼优化算法处理器根据所接收到的指令执行鲸鱼优化算法。2.如权利要求1所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s1步骤中确定risc-v体系下鲸鱼优化算法处理器的结构，包括：所述鲸鱼优化算法处理器包括程序计数器、指令接收器、数据接收器、译码部件、寄存器、运算器、控制器，所述程序计数器用于提供待执行的指令地址，并通过控制器对鲸鱼优化算法处理器的控制信号实时更新下一条指令的地址，程序计数器将待执行的指令地址发送到指令接收器，所述指令接收器用于接收待执行的鲸鱼优化算法实施指令，根据指令地址提取指令数据，其中指令数据为指令流数据，包含了鲸鱼优化算法处理器执行鲸鱼优化算法的多条指令的顺序，数据接收器用于接收辅助执行鲸鱼优化算法的数据，所述控制器用于发出控制信号，对鲸鱼优化算法处理器中的其余部件进行进程控制，所述译码部件根据指令数据中不同指令的类型对指令进行译码，每条指令的译码结果包括指令操作码op、功能码fun、两个指令源寄存器地址以及一个目的寄存器地址，功能码为每条指令的risc-v指令，控制器根据译码结果的指令操作码以及功能码生成控制信号，控制运算器和寄存器执行指令的译码结果，所述运算器用于执行鲸鱼优化算法实施指令中的运算指令，所述寄存器用于辅助运算器完成运算指令的计算，并存储计算结果；所述risc-v指令类型包括load/store指令，运算指令，控制指令以及同步指令，每种类型的指令具有不同的指令操作码，其中load/store指令的指令操作码为ls，运算指令的指令操作码为al，控制指令的指令操作码为ci，同步指令的指令操作码为tb。3.如权利要求1所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s1步骤中寄存器的分配策略，包括：所述鲸鱼优化算法处理器中寄存器的分配策略为：1)统计鲸鱼优化算法执行过程中cisc体系下所需的寄存器数量n
cisc
，其中cisc体系为复杂指令集计算机体系，并设置risc-v体系下所用到的寄存器数量为n
risc
；2)若n
cisc
>n
risc
，当鲸鱼优化算法开始执行时，将n
risc
个risc-v体系下的寄存器全部入栈保存，则在算法执行过程中，risc-v体系下的寄存器将作为临时寄存器，并将n
risc
个cisc体系下的寄存器映射到risc-v体系下的寄存器，并在鲸鱼优化算法处理器的内存中开辟一段栈空间，模拟其余n
cisc-n
risc
个cisc体系下的寄存器；3)若n
cisc
≤n
risc
，当鲸鱼优化算法开始执行时，将n
risc
个risc-v体系下的寄存器全部入栈保存，则在算法执行过程中，将n
cisc
个cisc体系下的寄存器映射到risc-v体系下的寄存器。4.如权利要求3所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s2步骤中根据寄存器分配策略对鲸鱼优化算法处理器内的寄存器进行分配，包括：鲸鱼优化算法处理器的指令接收器提取得到指令数据，其中指令数据为cisc体系下的指令集，并对指令数据中的每条数据进行遍历，得到执行该指令所需的cisc体系下的寄存
器数量，利用译码部件将原始指令转译为risc-v指令，并按照所述寄存器分配策略，将原始cisc体系下的寄存器映射到risc-v体系下的寄存器，当risc-v体系下的寄存器不足时，鲸鱼优化算法处理器在内存中开辟一段栈空间来模拟cisc体系下的寄存器。5.如权利要求1所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s3步骤中确定risc-v体系结构下的指令选择策略，包括：所述鲸鱼优化算法处理器接收到的鲸鱼优化算法实施指令的大小为128bit，分别包括inst-addr、inst-data以及inst-depend，其中inst-addr为指令地址，inst-data为cisc体系下的指令数据，其中cisc体系为复杂指令集计算机体系，所述inst-data描述了鲸鱼优化算法处理器执行鲸鱼优化算法的多条指令的顺序，inst-depend为处理指令所需要的信息，包括寄存器信息以及指令执行的状态信息；所述鲸鱼优化算法实施指令为cisc体系下的指令，所述指令选择策略为对于所接收到的鲸鱼优化算法实施指令，均能在risc-v体系下找到功能相同的指令进行替换，若cisc体系下的指令的立即数操作位数大于12位，则在寄存器映射分配过程中，增加待映射的寄存器，若cisc体系下的指令的立即数操作位数不大于12位，则直接利用相同功能的risc-v指令对cisc体系下的指令进行替换。6.如权利要求5所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s4步骤中将所确定的实施指令发送到鲸鱼优化算法处理器，包括：根据指令选择策略确定鲸鱼优化算法实施指令，将鲸鱼优化算法实施指令的地址发送到鲸鱼优化算法处理器，鲸鱼优化算法处理器内的控制器将接收到的鲸鱼优化算法实施指令的地址发送到程序计数器，程序计数器按照指令的运行顺序，将待执行的指令地址发送到指令接收器，指令接收器提取鲸鱼优化算法实施指令中的指令数据，并利用译码部件将接收到的cisc指令译码为risc-v指令，同时按照寄存器分配策略完成鲸鱼优化算法处理器内寄存器的分配，控制器根据译码结果的指令操作码以及功能码生成控制信号，并将控制信号分别发送给运算器和寄存器。7.如权利要求6所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，其特征在于，所述s4步骤中鲸鱼优化算法处理器根据所确定的实施指令执行鲸鱼优化算法，包括：随机初始化大小为n的种群数据，并将初始化的种群数据发送到数据接收器；所述鲸鱼优化算法实施指令的指令类型包括运算指令、load/store指令以及控制指令，所述基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现流程为：1)设置算法最大迭代次数为max的控制指令；设置鲸鱼优化算法适应度计算的运算指令；设置鲸鱼优化算法迭代次数统计的运算指令；2)利用鲸鱼优化算法适应度计算的运算指令实时计算算法中每条鲸鱼位置的适应度；3)计算第k次迭代的鲸鱼优化算法的最优解x
*
(k)，其中x
*
(k)表示鲸鱼优化算法第k次迭代时，适应度最小的鲸鱼位置，k的初始值为1；所述最优解的选取流程为：设置三个操作位数为1的寄存器r
a
,r
b
,r
c
，并将寄存器的初始值分别置为0，0，1，在鲸鱼优化算法的第k轮迭代完成后，对于第k轮迭代后的任意两组鲸鱼位置x1(k)和x2(k)，按照如下公式对寄存器r
a
,r
b
,r
c
赋值：a＝r
a
|(f(x1(k))<f(x2(k)))b＝r
b
|(f(x1(k))>f(x2(k)))c＝r
c
&(f(x1(k))＝＝f(x2(k)))
其中：a＝r
a
|(f(x1(k))<f(x2(k)))表示若f(x1(k))<f(x2(k))，则将a置为1，否则将a置为0，f(
·
)表示计算鲸鱼位置适应度的运算指令；b＝r
b
|(f(x1(k))>f(x2(k)))表示若f(x1(k))>f(x2(k))，则将b置为1，否则将b置为0；c＝r
c
&(f(x1(k))＝＝f(x2(k)))表示若f(x1(k))＝＝f(x2(k))，则将c置为1，否则将c置为0；若b和c均为0，对于两组鲸鱼位置x1(k)和x2(k)，则鲸鱼位置x1(k)要优于x2(k)，若a和c均为0，对于两组鲸鱼位置x1(k)和x2(k)，则鲸鱼位置x2(k)要优于x1(k)；通过基于寄存器计算第k轮迭代后所有鲸鱼位置组的适应度，得到最优的鲸鱼位置作为当前迭代轮次下的最优解x
*
(k)；4)利用运算指令和控制指令计算当前第k 1轮的收敛因子α(k 1)：其中：β为调整系数，将其设置为0.3；5)在第k 1轮算法迭代时，任意鲸鱼进行位置更新，所述位置更新公式为：其中：d表示系数向量，将其设置为2d，其中d为值域在[0,1]之间的随机向量；6)判断k 1是否大于等于max，若k 1≥max，则计算得到当前第k 1轮算法的最优解x
*
(k 1)，利用load/store指令将最优解保存在目的寄存器中，利用控制器从目的寄存器提取最优解结果并进行输出；若k 1<max，则令k＝k 1，返回步骤2)。8.一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法处理器，其特征在于，所述鲸鱼优化算法处理器包括：所述鲸鱼优化算法处理器包括程序计数器、指令接收器、数据接收器、译码部件、寄存器、运算器、控制器；程序计数器，用于提供待执行的指令地址，并通过控制器对鲸鱼优化算法处理器的控制信号实时更新下一条指令的地址，程序计数器将待执行的指令地址发送到指令接收器；指令接收器，用于接收待执行的鲸鱼优化算法实施指令，根据指令地址提取指令数据，其中指令数据为指令流数据，包含了鲸鱼优化算法处理器执行鲸鱼优化算法的多条指令的顺序；数据接收器，用于接收辅助执行鲸鱼优化算法的数据；控制器，用于发出控制信号，对鲸鱼优化算法处理器中的其余部件进行进程控制；译码部件，用于根据指令数据中不同指令的类型对指令进行译码，每条指令的译码结果包括指令操作码op、功能码fun、两个指令源寄存器地址以及一个目的寄存器地址，控制器根据译码结果的指令操作码以及功能码生成控制信号，控制运算器和寄存器执行指令的
译码结果；运算器，用于执行鲸鱼优化算法实施指令中的运算指令；寄存器，用于辅助运算器完成运算指令的计算，并存储计算结果，以实现如权利要求1所述的一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法。

技术总结
本发明涉及算法优化的技术领域，公开了一种基于risc-v体系的鲸鱼优化算法实现方法，包括：确定risc-v体系下鲸鱼优化算法处理器的结构以及处理器内寄存器的分配策略；根据寄存器分配策略对寄存器进行分配；确定risc-v体系结构下的指令选择策略；根据指令选择策略确定鲸鱼优化算法实施指令，并将所确定的实施指令发送到鲸鱼优化算法处理器，鲸鱼优化算法处理器根据所接收到的指令执行鲸鱼优化算法。本发明所述方法基于寄存器分配实现复杂指令集到risc-v体系指令集的转换，并对传统鲸鱼算法进行优化改进，基于risc-v体系实现鲸鱼优化算法的执行。的执行。的执行。


技术研发人员：蔡斌 丁赟 徐培欣
受保护的技术使用者：厘壮信息科技（苏州）有限公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/6/1