LabsLand là mạng lưới toàn cầu các phòng thí nghiệm thật có sẵn trực tuyến. Học viên (ở trường phổ thông, đại học và nền tảng học tập suốt đời) có thể truy cập phòng thí nghiệm thật qua Internet bằng máy tính xách tay, máy tính bảng hoặc điện thoại.

Các phòng thí nghiệm hoặc là thời gian thực (Arduino, FPGA...) đặt tại nhiều trường đại học khác nhau trên khắp thế giới. Trong một số lĩnh vực (Vật lý, Sinh học, Hóa học), đó là Phòng thí nghiệm Siêu đồng thời LabsLand, vì vậy trường đại học đã ghi lại mọi tổ hợp thao tác có thể thực hiện trong phòng thí nghiệm (có trường hợp hàng nghìn tổ hợp) và cung cấp chúng theo cách tương tác.

Trong mọi trường hợp, phòng thí nghiệm luôn là thật (không phải mô phỏng) và có sẵn trên Web (bạn không cần mua phần cứng, xử lý vận chuyển, v.v.).

Xem cách một phiên người dùng điển hình hoạt động trong video sau:

Phòng thí nghiệm này sẽ cho phép bạn học điện tử số cơ bản.

Bạn sẽ có thể thiết kế Hệ thống tổ hợp bằng cách thiết kế và điền vào bảng chân trị, sử dụng đại số Boolean, tạo bản đồ Karnaugh–Veitch (KV hoặc VK) và thử các hệ thống mà bạn tạo trong phần cứng thật được truy cập từ xa (Intel FPGA).

Tóm tắt

Phòng thí nghiệm Bộ thực hành số được thiết kế dành cho những sinh viên bắt đầu với logic số, bảng chân trị và đại số Boole.

Trong hoạt động này, học sinh sẽ thấy một Intel FPGA triển khai một loạt các bảng chân trị đơn giản. Học sinh có thể tương tác với các thiết bị FPGA để thay đổi đầu vào của hệ thống thông qua các công tắc và quan sát đầu ra thông qua đèn LED. Thách thức là xác định toán tử logic nào mà FPGA triển khai trong từng trường hợp (ví dụ: AND, NAND...).

 

Thông tin chi tiết

Hoạt động này được thiết kế tương đối đơn giản và dễ hiểu nhưng đồng thời gây hứng thú cho học sinh. Nó được thiết kế theo phong cách giống như trò chơi và dựa trên phần cứng thực (FPGA). Nhờ đó, hoạt động này không chỉ hữu ích để giới thiệu và làm quen với logic số mà còn cho phép sinh viên bắt đầu nhận thấy những ứng dụng trong tương lai của kiến thức đó, đồng thời bước đầu làm quen với các thiết bị FPGA cùng loại được sử dụng trong công nghiệp.

Tương tác với các thiết bị FPGA không làm tăng thêm độ phức tạp vì sinh viên không cần lập trình cho chúng; các thiết bị này đã triển khai sẵn logic hộp đen (đó chính là mục đích của hoạt động).

Phòng thí nghiệm ban đầu dựa trên một hoạt động mà Tập đoàn Intel thường xuyên tiến hành trong các cuộc hội thảo của mình, cả thực hành và từ xa, sử dụng Intel DE1-SoC, Intel DE2-115 hoặc các loại FPGA khác.

Tìm hiểu thiết kế phần cứng với FPGA thật!

Trong phòng thí nghiệm này, bạn có thể tìm hiểu cách lập trình bằng hai ngôn ngữ mô tả phần cứng: VHDL hoặc Verilog và kiểm tra mã của mình bằng một trong nhiều bo mạch có sẵn của chúng tôi. Mỗi FPGA đều có sẵn một bộ thành phần, chẳng hạn như 10 đèn LED, 6 màn hình 7 đoạn hoặc nhiều tín hiệu xung nhịp (clock). Ngoài ra, bạn sẽ có quyền truy cập vào 10 công tắc ảo và 4 nút ảo mà bạn có thể sử dụng trong thiết kế của mình và bạn sẽ thấy khi tương tác với phần cứng thực.

Bất cứ khi nào bạn tổng hợp mã, bạn sẽ được chỉ định vào một bo mạch cụ thể (chẳng hạn như Terasic DE2-115 hoặc Terasic DE1-SoC hoặc các bo mạch khác) và bạn sẽ có thể gửi mã của mình đến một trong các bo mạch có sẵn và bật và tắt công tắc hoặc nhấn các nút và xem thiết kế của bạn hoạt động như thế nào. Các bo mạch này được đặt tại nhiều trường đại học khác nhau, như bạn sẽ thấy khi sử dụng từng bo mạch.

Trong phòng thí nghiệm này, bạn không cần cài đặt bất kỳ phần mềm hoặc phần cứng nào vào máy tính, máy tính bảng hoặc điện thoại của mình.

Viết và biên dịch thiết kế trong trình duyệt, sau đó thử trên bo mạch DE1-SoC thật. Quan sát đèn LED và màn hình bảy đoạn qua camera trực tiếp, đồng thời tương tác bằng các công tắc và nút ảo.

Để sử dụng UART, chọn giao diện tiêu chuẩn và bật thiết bị đầu cuối nối tiếp UART trước khi vào. Phiên UART sử dụng các bo mạch tương thích.

Tạo và biên dịch thiết kế FPGA trong Quartus, sau đó tải tệp .sof lên đây. Chọn giao diện tiêu chuẩn để truy cập trực tiếp hoặc chọn giao diện trước khi vào để sử dụng các điều khiển và mô phỏng khác có sẵn.

Để sử dụng UART, chọn giao diện tiêu chuẩn và bật thiết bị đầu cuối nối tiếp UART trước khi vào. Phiên UART sử dụng các bo mạch tương thích.

Tìm hiểu thiết kế phần cứng với FPGA bằng Terasic DE2-115!

Trong phòng thí nghiệm này, bạn có thể tìm hiểu cách lập trình bằng hai ngôn ngữ mô tả phần cứng: VHDL hoặc Verilog và kiểm tra mã của mình trên FPGA Terasic DE2-115 thực. FPGA đã có sẵn một bộ linh kiện như 18 đèn LED đỏ, 9 đèn LED xanh lục, 8 màn hình 7 đoạn, nhiều tín hiệu xung nhịp (clock). Ngoài ra, bạn sẽ có quyền truy cập vào 18 công tắc ảo và 4 nút ảo mà bạn có thể sử dụng trong thiết kế của mình và bạn sẽ thấy khi tương tác với phần cứng thực. Bằng cách này, bạn sẽ có thể bật và tắt công tắc hoặc nhấn nút và xem thiết kế của mình hoạt động như thế nào. Các bo mạch được đặt tại nhiều trường đại học khác nhau, như bạn sẽ thấy khi sử dụng từng bo mạch.

Trong phòng thí nghiệm này, bạn không cần cài đặt bất kỳ phần mềm hoặc phần cứng nào vào máy tính, máy tính bảng hoặc điện thoại của mình.

Tìm hiểu thiết kế phần cứng với FPGA bằng Terasic DE2-115!

Trong phòng thí nghiệm này, bạn có thể tìm hiểu cách lập trình bằng hai ngôn ngữ mô tả phần cứng: VHDL hoặc Verilog và kiểm tra mã của mình trên FPGA Terasic DE2-115 thực. FPGA đã có sẵn một bộ thành phần, chẳng hạn như đèn LED, màn hình 7 đoạn hoặc nhiều tín hiệu xung nhịp (clock). Ngoài ra, bạn sẽ có quyền truy cập vào 18 công tắc ảo và 4 nút ảo mà bạn có thể sử dụng trong thiết kế của mình và bạn sẽ thấy khi tương tác với phần cứng thực. Bằng cách này, bạn sẽ có thể bật và tắt công tắc hoặc nhấn nút và xem thiết kế của mình hoạt động như thế nào. Các bo mạch được đặt tại nhiều trường đại học khác nhau, vì bạn sẽ thấy khi sử dụng từng bo mạch.

Trong phòng thí nghiệm này, bạn không cần cài đặt bất kỳ phần mềm hoặc phần cứng nào vào máy tính, máy tính bảng hoặc điện thoại của mình.

Tóm tắt

Phòng thí nghiệm này cung cấp cho sinh viên quyền truy cập từ xa vào bo mạch Terasic DE1-SoC thực chạy Máy tính FPGAcademy DE1-SoC với hệ thống Nios V. Dòng bit FPGA được LabsLand cố định nên sinh viên tập trung xây dựng hoặc tải lên các chương trình ELF cho bộ xử lý lõi mềm Nios V RISC-V và quan sát kết quả trên bo mạch thật.

Cách sử dụng phòng thí nghiệm

• Nios V cho DE1-SoC: tải lên chương trình ELF hiện có và chạy nó trên hệ thống Nios V cố định.
• Nios V C IDE cho DE1-SoC: viết mã C trong CodeIDE, biên dịch tệp ELF cho Nios V và tải nó lên bo mạch.
• IDE hợp ngữ Nios V cho DE1-SoC: viết mã hợp ngữ RISC-V trong CodeIDE, biên dịch tệp ELF cho Nios V và tải nó lên bo mạch.

Phù hợp cho các khóa học và hoạt động

Phòng thí nghiệm này hữu ích cho các hoạt động giới thiệu và trung cấp trong các hệ thống nhúng, hợp ngữ RISC-V, C nhúng, I/O ánh xạ bộ nhớ, lập trình GPIO, đầu ra JTAG UART và quy trình làm việc của bộ xử lý lõi mềm trên phần cứng FPGA. Các bài tập điển hình bao gồm in thông báo qua JTAG UART, đọc công tắc đầu vào, điều khiển đèn LED, so sánh cách triển khai C và hợp ngữ cũng như tải lên các tệp nhị phân ELF do người hướng dẫn cung cấp.

Phần cứng và hệ thống cố định

Mục tiêu vật lý là bo mạch Terasic DE1-SoC với Intel/Altera Cyclone V SoC FPGA. LabsLand lập trình bo mạch bằng Máy tính FPGAcademy DE1-SoC với dòng bit Nios V trước khi tải ELF của sinh viên. Trong phòng thí nghiệm này, sinh viên không thay đổi cấu hình logic FPGA hoặc tải lên SOF tùy chỉnh từ các mục này; họ chạy chương trình trên hệ thống Nios V được cung cấp.

Ánh xạ công tắc và đèn LED

Các điều khiển trên màn hình được dán nhãn từ NSW0 đến NSW9. Đây là các công tắc logic Nios V được ánh xạ tới đường dẫn đầu vào GPIO/JP1 được sử dụng bởi hệ thống FPGAcademy cố định. Các chương trình khởi đầu và minh họa ánh xạ NSW0..NSW9 sang LEDR0..LEDR9, để học sinh có thể xác minh chương trình của mình bằng camera quan sát bo mạch thật. Việc đặt tên NSW là có chủ ý vì hệ thống Nios V này sử dụng ánh xạ điều khiển từ xa khác với nhãn công tắc ở chế độ HDL thông thường.

Tài liệu tham khảo

Để biết hệ thống bộ xử lý, bản đồ bộ nhớ và chi tiết I/O, hãy xem tài liệu tham khảo FPGAcademy DE1-SoC Computer with Nios V. Bảng tài liệu phòng thí nghiệm cũng liên kết tài liệu tham khảo này từ bên trong mỗi phiên.