FPGA在线实验系统的研究与实践
这是一篇关于在线实验,远程测控,远程配置,任务分配,资源调度的论文, 主要内容为随着互联网技术、网络技术和计算机控制技术的快速发展,在线教学已经成为一种重要的教育方式。传统的实验方式受时间、空间的限制,已经不能很好地满足当下实验的需要,更无法满足在线教育的需要。论文研究并设计的FPGA(Field Programmable Gate Array)在线实验系统可以较好的解决基于FPGA平台的各类实验的在线开展问题。现有的远程实验系统大都采用以嵌入式系统为主,具有体积小、成本低等优点,但存在处理能力弱、部署难度高、不能同时为多个用户服务等缺陷。而且现有的远程FPGA实验系统通常需要在用户计算机安装庞大而且昂贵的EDA软件,在本地完成设计、综合、仿真等,最后配置到远程硬件平台,进行硬件测试。这种方式对用户的硬件和系统平台都有较高要求。针对上述问题,本文研究的FPGA在线实验系统采用了B/S模型,根据FPGA实验的特点,借鉴微服务器思想,设计了基于独立的编译服务器集群和实验服务器集群的网络架构。编译服务器集群为用户提供在线编辑、逻辑综合、约束建立、结构综合和时序分析等服务。实验服务器集群为用户提供FPGA远程配置、实验设备的遥信、遥测和遥控,以及实验现象的视频观察等。该系统结构具有部署便捷、易于开发、可扩展性强、支持高并发,跨平台等优点。针对远程实验设备的控制需求,论文设计了远程实验设备的通用硬件控制模块。该模块以单片机和FPGA为核心,可以提供多达40路的开关控制或继电控制。实现了基于DDS的高分辨率任意时钟源,数控电压源,数控电位器;实现了等精度频率、脉宽和占空比测量、高精度模拟电压测量等;实现了串口和网络通信。利用通用硬件控制模块可以对实验设备进行开关控制、信号发生、采集测量等,并通过实验服务器与用户进行远程交互。FPGA在线实验的另一个关键是FPGA的远程配置问题。论文研究了FPGA的远程配置方案,利用实验服务器以命令行直接调用Intel官方提供的quartuspgm编程工具的方式实现了对FPGA的远程配置。实验现象的观察则采用了网络摄像头实现,简单方便。论文利用SSH(Struts2、Hibernate4、Spring4)框架搭建了编译服务器,并结合了FCKeditor编辑器,实现了FPGA实验的在线设计输入、在线综合、约束建立、适配、时序分析等。同样,利用SSH框架搭建了实验服务器,实现了FPGA的远程配置,并通过硬件控制模块实现了对实验设备的远程测控,使用户在浏览器上就能够完成对FPGA实验平台的实验操作。为了优化编译服务器集群和实验服务器集群,系统设计了编译调度服务系统和实验平台调度服务系统。为了最大限度提升系统效率,论文利用排队论对这两个子系统分别进行了数学建模。在编译调度服务系统中,针对FPGA在线编译的特点,对最小连接数、加权轮询算法进行了改进,使得编译服务器集群的运行效率更高。在实验平台调度服务系统中,利用排队论的M/M/n/m模型设定了实验平台调度服务系统中的关键参数,结合任务请求参数,研究了任务请求与实验服务器利用率之间的最优关系,为系统的大规模部署奠定了基础。
FPGA在线实验系统的研究与实践
这是一篇关于在线实验,远程测控,远程配置,任务分配,资源调度的论文, 主要内容为随着互联网技术、网络技术和计算机控制技术的快速发展,在线教学已经成为一种重要的教育方式。传统的实验方式受时间、空间的限制,已经不能很好地满足当下实验的需要,更无法满足在线教育的需要。论文研究并设计的FPGA(Field Programmable Gate Array)在线实验系统可以较好的解决基于FPGA平台的各类实验的在线开展问题。现有的远程实验系统大都采用以嵌入式系统为主,具有体积小、成本低等优点,但存在处理能力弱、部署难度高、不能同时为多个用户服务等缺陷。而且现有的远程FPGA实验系统通常需要在用户计算机安装庞大而且昂贵的EDA软件,在本地完成设计、综合、仿真等,最后配置到远程硬件平台,进行硬件测试。这种方式对用户的硬件和系统平台都有较高要求。针对上述问题,本文研究的FPGA在线实验系统采用了B/S模型,根据FPGA实验的特点,借鉴微服务器思想,设计了基于独立的编译服务器集群和实验服务器集群的网络架构。编译服务器集群为用户提供在线编辑、逻辑综合、约束建立、结构综合和时序分析等服务。实验服务器集群为用户提供FPGA远程配置、实验设备的遥信、遥测和遥控,以及实验现象的视频观察等。该系统结构具有部署便捷、易于开发、可扩展性强、支持高并发,跨平台等优点。针对远程实验设备的控制需求,论文设计了远程实验设备的通用硬件控制模块。该模块以单片机和FPGA为核心,可以提供多达40路的开关控制或继电控制。实现了基于DDS的高分辨率任意时钟源,数控电压源,数控电位器;实现了等精度频率、脉宽和占空比测量、高精度模拟电压测量等;实现了串口和网络通信。利用通用硬件控制模块可以对实验设备进行开关控制、信号发生、采集测量等,并通过实验服务器与用户进行远程交互。FPGA在线实验的另一个关键是FPGA的远程配置问题。论文研究了FPGA的远程配置方案,利用实验服务器以命令行直接调用Intel官方提供的quartuspgm编程工具的方式实现了对FPGA的远程配置。实验现象的观察则采用了网络摄像头实现,简单方便。论文利用SSH(Struts2、Hibernate4、Spring4)框架搭建了编译服务器,并结合了FCKeditor编辑器,实现了FPGA实验的在线设计输入、在线综合、约束建立、适配、时序分析等。同样,利用SSH框架搭建了实验服务器,实现了FPGA的远程配置,并通过硬件控制模块实现了对实验设备的远程测控,使用户在浏览器上就能够完成对FPGA实验平台的实验操作。为了优化编译服务器集群和实验服务器集群,系统设计了编译调度服务系统和实验平台调度服务系统。为了最大限度提升系统效率,论文利用排队论对这两个子系统分别进行了数学建模。在编译调度服务系统中,针对FPGA在线编译的特点,对最小连接数、加权轮询算法进行了改进,使得编译服务器集群的运行效率更高。在实验平台调度服务系统中,利用排队论的M/M/n/m模型设定了实验平台调度服务系统中的关键参数,结合任务请求参数,研究了任务请求与实验服务器利用率之间的最优关系,为系统的大规模部署奠定了基础。
FPGA在线实验系统的研究与实践
这是一篇关于在线实验,远程测控,远程配置,任务分配,资源调度的论文, 主要内容为随着互联网技术、网络技术和计算机控制技术的快速发展,在线教学已经成为一种重要的教育方式。传统的实验方式受时间、空间的限制,已经不能很好地满足当下实验的需要,更无法满足在线教育的需要。论文研究并设计的FPGA(Field Programmable Gate Array)在线实验系统可以较好的解决基于FPGA平台的各类实验的在线开展问题。现有的远程实验系统大都采用以嵌入式系统为主,具有体积小、成本低等优点,但存在处理能力弱、部署难度高、不能同时为多个用户服务等缺陷。而且现有的远程FPGA实验系统通常需要在用户计算机安装庞大而且昂贵的EDA软件,在本地完成设计、综合、仿真等,最后配置到远程硬件平台,进行硬件测试。这种方式对用户的硬件和系统平台都有较高要求。针对上述问题,本文研究的FPGA在线实验系统采用了B/S模型,根据FPGA实验的特点,借鉴微服务器思想,设计了基于独立的编译服务器集群和实验服务器集群的网络架构。编译服务器集群为用户提供在线编辑、逻辑综合、约束建立、结构综合和时序分析等服务。实验服务器集群为用户提供FPGA远程配置、实验设备的遥信、遥测和遥控,以及实验现象的视频观察等。该系统结构具有部署便捷、易于开发、可扩展性强、支持高并发,跨平台等优点。针对远程实验设备的控制需求,论文设计了远程实验设备的通用硬件控制模块。该模块以单片机和FPGA为核心,可以提供多达40路的开关控制或继电控制。实现了基于DDS的高分辨率任意时钟源,数控电压源,数控电位器;实现了等精度频率、脉宽和占空比测量、高精度模拟电压测量等;实现了串口和网络通信。利用通用硬件控制模块可以对实验设备进行开关控制、信号发生、采集测量等,并通过实验服务器与用户进行远程交互。FPGA在线实验的另一个关键是FPGA的远程配置问题。论文研究了FPGA的远程配置方案,利用实验服务器以命令行直接调用Intel官方提供的quartuspgm编程工具的方式实现了对FPGA的远程配置。实验现象的观察则采用了网络摄像头实现,简单方便。论文利用SSH(Struts2、Hibernate4、Spring4)框架搭建了编译服务器,并结合了FCKeditor编辑器,实现了FPGA实验的在线设计输入、在线综合、约束建立、适配、时序分析等。同样,利用SSH框架搭建了实验服务器,实现了FPGA的远程配置,并通过硬件控制模块实现了对实验设备的远程测控,使用户在浏览器上就能够完成对FPGA实验平台的实验操作。为了优化编译服务器集群和实验服务器集群,系统设计了编译调度服务系统和实验平台调度服务系统。为了最大限度提升系统效率,论文利用排队论对这两个子系统分别进行了数学建模。在编译调度服务系统中,针对FPGA在线编译的特点,对最小连接数、加权轮询算法进行了改进,使得编译服务器集群的运行效率更高。在实验平台调度服务系统中,利用排队论的M/M/n/m模型设定了实验平台调度服务系统中的关键参数,结合任务请求参数,研究了任务请求与实验服务器利用率之间的最优关系,为系统的大规模部署奠定了基础。
基于云的在线学习平台教师子系统的设计与实现
这是一篇关于在线学习,在线实验,在线考试,教学管理的论文, 主要内容为随着互联网的普及,信息化教学已经逐渐成为教育机构教学的重要途径之一。而目前市面上已经有很多在线学习平台,但都是以视频或者直播教学的形式来进行的,而针对当下流行的人工智能大数据方面的教学任务会涉及到大量的实验环节,单纯的视频教学显然已经不能满足该方面的教学需求,因此构建一个包含在线实验及管理的在线学习平台就具有十分重要的意义。本系统基于软件工程的设计理念,先是充分调研了人工智能大数据方面的教学需求及现有的在线学习平台特色,接着对系统功能模块进行了划分,主要包含课程管理、教学管理、视频教学、考试管理、问题交流以及个人中心六个模块,其中特色功能是课程管理中的在线实验管理和远程协助。又根据对系统的功能性需求分析、非功能性需求分析对系统进行了总体设计和数据库设计,将系统架构分为物理存储层、数据支撑层、业务层、控制层以及用户层,物理存储层的主数据库采用MySQL,并以Mycat作为数据库中间件实现对MySQL数据库的负载均衡及分布式管理,对于高频访问且需要及时更新的数据采用redis进行缓存,从而进一步提高用户体验与系统运行的稳定性,同时还可以减轻主数据库的压力。确定了服务器采用tomcat,并对主体业务采用SSH(Struts2+hibernate+sprin g)框架进行开发,在控制层对用户请求采用Nginx作为代理服务器进行负载均衡。再接着是对各个功能模块进行了详细设计,最后对系统进行了功能性测试、性能测试、兼容性测试以及安全测试来保证系统的稳定运行。本文所展示的基于云的在线学习平台教师端子系统通过与学生端及云平台的对接,可满足教育机构大部分的教学需求,尤其是解决了人工智能及大数据方面课程的统一在线实验及管理问题,极大的方便了学生在线学习及实验、老师在线教学及管理,提升了学生的学习效率与老师的管理效率,对教育机构具有很大的实用价值。
FPGA在线实验系统的研究与实践
这是一篇关于在线实验,远程测控,远程配置,任务分配,资源调度的论文, 主要内容为随着互联网技术、网络技术和计算机控制技术的快速发展,在线教学已经成为一种重要的教育方式。传统的实验方式受时间、空间的限制,已经不能很好地满足当下实验的需要,更无法满足在线教育的需要。论文研究并设计的FPGA(Field Programmable Gate Array)在线实验系统可以较好的解决基于FPGA平台的各类实验的在线开展问题。现有的远程实验系统大都采用以嵌入式系统为主,具有体积小、成本低等优点,但存在处理能力弱、部署难度高、不能同时为多个用户服务等缺陷。而且现有的远程FPGA实验系统通常需要在用户计算机安装庞大而且昂贵的EDA软件,在本地完成设计、综合、仿真等,最后配置到远程硬件平台,进行硬件测试。这种方式对用户的硬件和系统平台都有较高要求。针对上述问题,本文研究的FPGA在线实验系统采用了B/S模型,根据FPGA实验的特点,借鉴微服务器思想,设计了基于独立的编译服务器集群和实验服务器集群的网络架构。编译服务器集群为用户提供在线编辑、逻辑综合、约束建立、结构综合和时序分析等服务。实验服务器集群为用户提供FPGA远程配置、实验设备的遥信、遥测和遥控,以及实验现象的视频观察等。该系统结构具有部署便捷、易于开发、可扩展性强、支持高并发,跨平台等优点。针对远程实验设备的控制需求,论文设计了远程实验设备的通用硬件控制模块。该模块以单片机和FPGA为核心,可以提供多达40路的开关控制或继电控制。实现了基于DDS的高分辨率任意时钟源,数控电压源,数控电位器;实现了等精度频率、脉宽和占空比测量、高精度模拟电压测量等;实现了串口和网络通信。利用通用硬件控制模块可以对实验设备进行开关控制、信号发生、采集测量等,并通过实验服务器与用户进行远程交互。FPGA在线实验的另一个关键是FPGA的远程配置问题。论文研究了FPGA的远程配置方案,利用实验服务器以命令行直接调用Intel官方提供的quartuspgm编程工具的方式实现了对FPGA的远程配置。实验现象的观察则采用了网络摄像头实现,简单方便。论文利用SSH(Struts2、Hibernate4、Spring4)框架搭建了编译服务器,并结合了FCKeditor编辑器,实现了FPGA实验的在线设计输入、在线综合、约束建立、适配、时序分析等。同样,利用SSH框架搭建了实验服务器,实现了FPGA的远程配置,并通过硬件控制模块实现了对实验设备的远程测控,使用户在浏览器上就能够完成对FPGA实验平台的实验操作。为了优化编译服务器集群和实验服务器集群,系统设计了编译调度服务系统和实验平台调度服务系统。为了最大限度提升系统效率,论文利用排队论对这两个子系统分别进行了数学建模。在编译调度服务系统中,针对FPGA在线编译的特点,对最小连接数、加权轮询算法进行了改进,使得编译服务器集群的运行效率更高。在实验平台调度服务系统中,利用排队论的M/M/n/m模型设定了实验平台调度服务系统中的关键参数,结合任务请求参数,研究了任务请求与实验服务器利用率之间的最优关系,为系统的大规模部署奠定了基础。
基于云的在线学习平台教师子系统的设计与实现
这是一篇关于在线学习,在线实验,在线考试,教学管理的论文, 主要内容为随着互联网的普及,信息化教学已经逐渐成为教育机构教学的重要途径之一。而目前市面上已经有很多在线学习平台,但都是以视频或者直播教学的形式来进行的,而针对当下流行的人工智能大数据方面的教学任务会涉及到大量的实验环节,单纯的视频教学显然已经不能满足该方面的教学需求,因此构建一个包含在线实验及管理的在线学习平台就具有十分重要的意义。本系统基于软件工程的设计理念,先是充分调研了人工智能大数据方面的教学需求及现有的在线学习平台特色,接着对系统功能模块进行了划分,主要包含课程管理、教学管理、视频教学、考试管理、问题交流以及个人中心六个模块,其中特色功能是课程管理中的在线实验管理和远程协助。又根据对系统的功能性需求分析、非功能性需求分析对系统进行了总体设计和数据库设计,将系统架构分为物理存储层、数据支撑层、业务层、控制层以及用户层,物理存储层的主数据库采用MySQL,并以Mycat作为数据库中间件实现对MySQL数据库的负载均衡及分布式管理,对于高频访问且需要及时更新的数据采用redis进行缓存,从而进一步提高用户体验与系统运行的稳定性,同时还可以减轻主数据库的压力。确定了服务器采用tomcat,并对主体业务采用SSH(Struts2+hibernate+sprin g)框架进行开发,在控制层对用户请求采用Nginx作为代理服务器进行负载均衡。再接着是对各个功能模块进行了详细设计,最后对系统进行了功能性测试、性能测试、兼容性测试以及安全测试来保证系统的稳定运行。本文所展示的基于云的在线学习平台教师端子系统通过与学生端及云平台的对接,可满足教育机构大部分的教学需求,尤其是解决了人工智能及大数据方面课程的统一在线实验及管理问题,极大的方便了学生在线学习及实验、老师在线教学及管理,提升了学生的学习效率与老师的管理效率,对教育机构具有很大的实用价值。
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