一种远程FPGA实验系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 210807344 U(45)授权公告日 2020.06.19

(21)申请号 202020309176.6(22)申请日 2020.03.13

(73)专利权人 大连交通大学

地址 116000 辽宁省大连市沙河口区黄河

路794号(72)发明人 赵科　时维国　周子焱　(74)专利代理机构 大连优路智权专利代理事务

所(普通合伙) 21249

代理人 宋春昕(51)Int.Cl.

H04L 29/08(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书2页 附图1页

()实用新型名称

一种远程FPGA实验系统(57)摘要

一种远程FPGA实验系统，包括远程客户端和远程服务器端，远程客户端和远程服务器端通过互联网和路由器连接。本实用新型实现了对FPGA芯片的远程下载、与客户端实验搭建系统数据交互的虚拟监控远程硬件平台；通过远程监控系统，对远程硬件外设进行实时操作和运行状况实时显示；依靠“互联网+”、IPv6、无线传感等技术，实现对实验室的智能监控，可以进行远程遥控和虚拟接入相结合，进行远程实验操作等，方便学生实验，提高设备利用率，减少设备维护成本。

CN 210807344 UCN 210807344 U

权　利　要　求　书

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1.一种远程FPGA实验系统，其特征在于：包括远程客户端和远程服务器端，远程客户端和远程服务器端通过互联网和路由器连接，具有FPGA集成开发和实验搭建功能的远程客户端与远程服务器端的处理器通信连接，远程客户端设有外设监控系统，外设监控系统与处理器通信连接；远程服务器端包括路由器和硬件平台，硬件平台包括处理器、FPGA芯片、FPGA外设和监控模块，处理器通过路由器链接远程客户端，处理器连接FPGA芯片，FPGA芯片连接FPGA外设，FPGA外设连接监控模块，监控模块连接处理器。

2.根据权利要求1所述的一种远程FPGA实验系统，其特征在于：所述远程客户端为笔记本、PC机或智能终端。

3.根据权利要求1所述的一种远程FPGA实验系统，其特征在于：所述处理器为嵌入式芯片ARM。

4.根据权利要求1所述的一种远程FPGA实验系统，其特征在于：所述远程客户端和远程服务器端与互联网之间采用IPv6网络通信协议。

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说　明　书一种远程FPGA实验系统

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技术领域

[0001]本实用新型涉及远程数据传输技术领域。

背景技术

[0002]在传统的FPGA实验中，学生必须要统一集中在实验室才能完成实验。这种方式虽然能直观的感受到真实实验的过程，并完成实验，但是实验室场地往往不够，学生做实验只能分批、分时复用实验设备，这大大地了学生的时间和空间，而且设备损坏大，维修成本高。另外由于师资不足，学生在非实验时间不能到实验室现场做实验，这会使得大量的实验设备处于闲置状态，从而降低了实验设备的利用率。虚拟仿真实验虽然可以模拟学生现场的实验情况，可以解决学生的时间和空间受到问题，但是虚拟仿真实验的数据并不是真实的实验数据，大多是根据某种模型或算法来设计，所以不能完全代替真实的实验数据。

实用新型内容

[0003]为了解决传统FPGA实验存在的上述问题，本实用新型提供了一种远程FPGA实验系统。

[0004]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种远程FPGA实验系统，包括远程客户端和远程服务器端，远程客户端和远程服务器端通过互联网和路由器连接，具有FPGA集成开发和实验搭建功能的远程客户端与远程服务器端的处理器通信连接，远程客户端设有外设监控系统，外设监控系统与处理器通信连接；远程服务器端包括路由器和硬件平台，硬件平台包括处理器、FPGA芯片、FPGA外设和监控模块，处理器通过路由器链接远程客户端，处理器连接FPGA芯片，FPGA芯片连接FPGA外设，FPGA外设连接监控模块，监控模块连接处理器。

[0005]所述远程客户端为笔记本、PC机或智能终端。[0006]所述处理器为嵌入式芯片ARM。

[0007]所述远程客户端和远程服务器端与互联网之间采用IPv6网络通信协议。[0008]本实用新型的远程FPGA实验系统，实现了对FPGA芯片的远程下载、与客户端实验搭建系统数据交互的虚拟监控远程硬件平台；通过远程监控系统，对远程硬件外设进行实时操作和运行状况实时显示；依靠“互联网+”、IPv6、无线传感等技术，实现对实验室的智能监控，可以进行远程遥控和虚拟接入相结合，进行远程实验操作等，方便学生实验，提高设备利用率，减少设备维护成本。附图说明

[0009]图1是本实用新型远程的FPGA实验系统原理图。

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说　明　书

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具体实施方式

[0010]本实用新型的远程虚实结合的FPGA实验系统，拓扑结构参见图1，包括远程客户端和远程服务器端，两者通过路由器连接，实现远程数据传输。远程客户端包括路由器和若干登录用户，每个登录用户客户端在设有FPGA集成开发环境的客户端中进行程序设计、综合、编译和生成下载文件，将下载文件通过实验搭建系统传输到远程服务器端。外设监控系统监控远程服务器端外设。远程服务器端包括路由器和若干硬件平台。每个硬件平台包括处理器、FPGA芯片、FPGA外设和监控模块。处理器接收到远程客户端的下载文件，通过JTAG方式下载到FPGA芯片中。FPGA芯片执行登录用户的逻辑程序，将FPGA的输入和输出端口信息和处理器进行交互，进而转发到远程客户端，与实验搭建系统交互信息，实现对实际硬件的操作并通过远程虚拟界面显示。另外FPGA芯片控制FPGA外设，对FPGA外设的监控通过监控模块与处理器进行交互，并与远程客户端的外设监控系统交互信息，实现远程实时硬件操控。

[0011]本实用新型实施例中，笔记本、PC机和智能终端可以作为远程客户端，首先通过本地机生成下载文件，搭建FPGA实验原理图，包括输入、输出及FPGA模块。接下来读取下载文件，并通过路由器将下载文件传输到远程服务器端。最后在本地机打开外设监控系统，可以实时监控远程服务器端FPGA外设的操作和运行情况。

[0012]远程服务器端采用机架结构放置若干硬件平台，可以同时允许多用户访问。处理器采用嵌入式芯片ARM，通过路由器及网络读取远程客户端对应登录用户传输的下载文件，处理器通过JTAG的方式对FPGA进行文件下载，烧写FPGA芯片，烧写结束后，FPGA芯片实现用户设计的逻辑系统，并将FPGA芯片中下载的逻辑系统所用的输入、输出端口数据与处理器交互，并传输回远程客户端的实验搭建系统进行操作和显示。FPGA芯片运行用户设计的逻辑系统并通过FPGA的I/O口与FPGA外设相连，外设的运行情况通过监控模块中的摄像头记录，经过处理器及网络传输到远程客户端的外设监控系统中实时观看；通过操作远程客户端的外设监控系统将命令通过网络传输到远程服务器端的处理器，然后处理器控制监控模块中的执行机构对FPGA外设进行操作。

[0013]远程客户端和远程服务器端通过路由器及防火墙联网到Internet上。由于客户端和服务器端节点众多，而IPv4的地址容量已经有枯竭的趋势，采用了IPv6协议传输，更适合运行在下一代互联网网络上。

[0014]本实用新型通过远程客户端登录实验系统，利用计算机多媒体和通讯技术，将实验室的实验设备及控制系统转换成三维图像、声音、状态等传输到远端的学生计算机中。学生对实验数据实时采集并进行处理。使用计算机软件模拟仪器、设备、元器件、实验器材，采用虚拟现实技术构建虚拟实验环境、虚拟仪器和设备等，根据实验要求进行实验流程设计、实验装置搭建、实验内容操作、实验结果统计分析等，最后写出实验报告，全部实验过程在计算机内完成。

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说　明　书　附　图

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图1

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