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产品名称:

基于Altera的远程云端硬件实验平台

概要信息
对当今的硬件工程师而言,FPGA的应用是同PCB设计一样必须掌握的技能,在数字化逻辑支撑整个现代科技的今天,不会使用FPGA也就意味着无法用数字逻辑的思维方式来解决问题,也就很难成为一个优秀的系统工程师,将会错过蓬勃发展的物联网、工业4.0、人工智能等浪潮。
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产品描述

一、概述:

对当今的硬件工程师而言,FPGA的应用是同PCB设计一样必须掌握的技能,在数字化逻辑支撑整个现代科技的今天,不会使用FPGA也就意味着无法用数字逻辑的思维方式来解决问题,也就很难成为一个优秀的系统工程师,将会错过蓬勃发展的物联网、工业4.0、人工智能等浪潮。

本远程云端硬件板卡选用ALTERA的Cyclone IV EP4CE10F17C8的芯片,容量中等,性能可以满足一般的逻辑设计要求,FPGA在数字世界里它无所不能,通过远程云端硬件平台学习FPGA编程设计,构建数字逻辑的思想、并行设计的理念来解决实际问题。

目前云端虚拟实验按实现功能可分为3类 ,第一类完全模拟运行,不能完全响应国家级虚拟示范实验内容中强调:能实不虚的要求;第二类有硬件数据共享,但存在不足:灵活性不够,单向的给予反馈;第三类虚实结合,且除了实验仪器实验数据的共享之外,还可实现客户端对实验设备的远程控制,远程云端硬件平台属于第三类,且做到不受时空限制,随时随地随心进行硬件描述语言的编程训练,而且解放实验管理人员,建议最好放到学校机房。

二、主要组成

1、基于云端的硬件实验平台架构

 

图1基于云端的硬件实验平台架构

2、硬件组成

(1)远程接入设备

 

图2远程接入设备机箱

 

图3远程监控系统界面

采用标准的3U机箱设计、标准输入电源规格220V,50-60Hz;机箱配备1A保险保障安全;装配有12个插槽的底板、1块电源板卡(5V-10A)、风扇以及相关安全检测、控制模块等。具体功能如下:

1、温度监测:

2、功耗控制

3、板卡在线监测:

4、短路保护

(2)远程云端硬件设备单元

硬件设备单元采用板卡的形式,通过LAN接口连接到远程实验接入设备的服务器上。设备单元采用ARM+FPGA的核心硬件方案, 其中ARM解析服务器软件下发的命令,并负责下载FPGA程序、设置FPGA管脚输入状态以及采样输出管脚状态。

 

 4硬件设备单元

图5数据中心服务器

(3)数据中心

数据中心采用服务器实现(如图5所示),负责管理多个FPGA硬件设备单元并运行服务器软件,实现学生登陆管理、动态分配FPGA硬件设备、程序提交与下载、记录学生操作记录等。并将请求和操作以指令的形式发送到FPGA硬件设备单元。

3、软件组成

软件为B/S架构,分为学生入口和教师入口两部分。

(1)学生端软件

学生端登录界面如图6所示,运行界面如图7所示。

 

图6学生端登录界面

 

图7学生端运行界面

学生端软件主要功能如下

(1)提供学生登陆入口

(2)信息公告、教学课件、实验列表、实验面板、作业上传;

(3)客服、信息提示、硬件设备连接提示、以及操作者的信息。

(4) 实验面板为主要操作区域,详细功能如下:

1)FPGA烧写

2)运行实验

3)清空面板

4)面板设置:面板高度、画布偏移、缩放系数等参数功能

5)导入实验

6)导出实验

7)分享实验:支持QQ、微博、微信

8)隐藏器件面板功能

9)器件面板:

   基础器界面包含位输入、脉冲输入、时钟输入、多位输入、位输出、多位输出、频率测量输出

  实物器件界面包含LED灯、按键、拨码开关、蜂鸣器、数码管、4位数码管、8*8点阵、16*16点阵、1602液晶屏、12864液晶屏、步进电机、直流电机、扬声器、麦克风实物器件如图8所示:

图8实物器件界面

逻辑器件界面:包含基本管脚、多管脚、自定义管脚、内存探针、逻辑分析仪、串口调试助手、网络调试助手、内存调试助手,逻辑器件界面如图9所示。

9逻辑器件界面

其它界面文字、图片、跳转框

利用跳转框功能,可以把复杂逻辑器件功能不断进行拆解,达到最小单元,其他运行界面如图10所示。

10其他运行界面

图片文字添加:选择需要添加的内容类型,向左侧拖拽至实验面板,如图11所示。

11图片添加运行界面

选择需要添加的图片,点击打开,即可在实验图纸中显示该图。选中图片右键单击可以更改图纸大小等,添加图片后的界面如图12所示。

12图片添加运行界面

2、教师端软件

教师端登录界面如图13所示,运行界面如图14所示。

13教师端登录界面

图14教师端运行界面

教师端软件提供了登录、学生信息监控、学生操作记录监控、实验管理、FPGA板卡连接状态监控、学生实时操作信息监控等功能。

三、功能特点

1)课堂示范教学

利用远程云端硬件平台很方便老师在讲解例程时,通过编写每行代码并且编译运行,远程可以把文件下载到真实的芯片中,并且运行后看到程序运行的实验结果。

改变以前只能满堂灌去讲解每段编写程序的作用,只能靠学生想象运行的现象

2)不受时空的约束

无论老师还是学生,只要想登陆平台,随时随地都可以开展教学活动,学生随时可以验证自己编程实验的结果,老师随时都可以检查学生实验状况,做到即时反馈与指导。

3)应对突发事件

在我们教学过程中,偶尔会遇到一些突发事件,通过远程云端硬件实验平台可以给学生一个实验训练不间断的平台,不影响学生的正常教学活动。

4)面向多课程体系

数字逻辑(电路)设计、计算机组成原理实验、系统结构实验,完全自主搭建。

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