FPGA大规模在线评测实验平台：功能与应用场景详解

FPGA大规模在线评测实验平台：功能与应用场景详解

FPGA（现场可编程门阵列）是一种重要的可编程逻辑器件，在电子工程和计算机科学领域有着广泛的应用。为了更好地支持高校在FPGA相关课程的教学和实验，一些在线评测实验平台应运而生。本文将介绍一个FPGA大规模在线评测实验平台的功能和应用场景。

过程管理

该平台与教学平台无缝融合，教师可以通过平台开展多种实验和教学活动：

• 在线管理实验资源和布置实验作业
• 在线查看实验作业的自动评测得分
• 在线查看实验作业得分的分析报告
• 对作业的代码和报告进行抄袭检测
• 在远程硬件开发板上运行学生电路
• 在线查看测试学生电路的运行效果
• 在线设计新实验及相应的评测脚本
• 基于采集的过程数据开展教学研究
• 基于采集的过程数据支撑工程认证
• 在线组织课内或校内电路设计比赛

实验体系

平台提供了丰富的实验体系，涵盖了FPGA快速入门、数字逻辑、单周期CPU和流水线CPU等多个方面的实验内容。

FPGA快速入门

快速入门实验包括LED灯、LED点阵、数码管、拨码开关、复位键、按键、串口、音频、视频等外设的使用。每个实验都提供了详细的实验指导手册，帮助学生从零开始完成实验。

数字逻辑

数字逻辑实验涵盖了门电路、组合逻辑、时序逻辑等多个方面的内容，包括各种逻辑门、触发器、计数器、状态机等实验项目。

单周期CPU和流水线CPU

平台还提供了单周期CPU和流水线CPU的设计与实现实验，包括取指单元、寄存器堆、ALU算术逻辑单元、数据存储、控制器等模块的设计与实现。

应用场景

该平台可以支撑以下课程实验环节的开展：

• 数字逻辑
• 数字系统设计
• 计算机体系结构
• 计算机系统导论
• EDA技术与应用
• 数字电路
• 计算机组成原理
• 计算机系统基础
• FPGA数字系统技术
• 数字集成电路设计

此外，FPGA在线实验可以与线下的硬件开发板或实验箱形成互补，学生可以在线下开发和测试电路，然后提交到线上平台完成考核。

典型案例

该平台已经在多所高校得到应用。例如：

• 山东大学计算机学院通过该平台开展《计算机组成原理》实验，学生需要提交自行设计的CPU到实验平台，由实验平台自动完成打分。
• 北京航空航天大学计算机学院通过该平台开展《计算机组成原理》和《FPGA多核并行计算》课程实验，由于不再受限于机房，学生可以投入更多实验时间，教师也可以安排难度系数更高的综合型实验任务。

演示视频

平台提供了多个演示视频，展示了FPGA在线实验平台的功能和应用效果，包括：

• 选择开发板和下载比特流
• 使用仿真面板的输入外设
• 冒泡排序算法可视化
• 演奏新年好（支持音频）
• 同时支持视频和音频
• 控制视频画面移动
• 基于单周期CPU的斐波那契数列计算
• 基于流水线CPU的秒表计数

这些演示视频直观地展示了FPGA在线实验平台的功能和应用效果，有助于学生更好地理解和掌握相关知识。

总结

FPGA大规模在线评测实验平台为高校在FPGA相关课程的教学和实验提供了有力支持。通过该平台，教师可以在线管理实验资源、布置实验作业、查看实验作业得分和分析报告等，学生可以在平台上完成实验设计、代码编写和测试等工作。该平台已经在多所高校得到应用，取得了良好的教学效果。