LabsLand は、オンラインで利用できる実際の研究所のグローバル ネットワークです。学生 (学校、大学、生涯学習プラットフォーム) は、ラップトップ、タブレット、または電話を使用して、インターネット経由で実際のラボにアクセスできます。

ラボは、リアルタイム (Arduino、FPGA...) で、世界中の複数の大学にあります。特定の分野 (物理学、生物学、化学) では、ラボは LabsLand Ultraconcurrent ラボであるため、大学はラボで実行できることの考えられるすべての組み合わせ (場合によっては数千) を記録し、対話型の方法で利用できるようにしています。

どのような場合でも、ラボは常に実際にあり (シミュレーションではなく)、Web 経由で利用できます (ハードウェアを入手したり、発送などの手続きをする必要はありません)。

次のビデオで、一般的なユーザー セッションがどのように機能するかを確認してください。

このラボでは、本物の Arduino Uno ボードをプログラムできます。また、Arduino スターター キットに含まれることが多いものと同様の、いくつかの入出力周辺機器も含まれています。 

これらの周辺機器には、LED、スイッチ、ボタン、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどが含まれます。

このラボでは、本物の Arduino Uno ボードをプログラムできます。また、Arduino スターター キットに含まれることが多いものと同様の、いくつかの入出力周辺機器も含まれています。 

これらの周辺機器には、LED、スイッチ、ボタン、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどが含まれます。

Arduino ロボット ラボでは、実際のロボットを使って実験を行うことができます。 Arduino を直接プログラミングしてロボットのロジックを定義し、プログラムをロボットにアップロードして、ウェブカメラを通じてロボットの動作を確認します。ロボットに壁を避けさせたり、ラインをたどるレースで競争させたり、その他の種類の運動をさせることができます。Scratch のようなビジュアル プログラミング言語を使用したい場合は、弊社の Arduinoビジュアルロボットラボ！

Arduino ロボット ラボでは、実際のロボットを使って実験を行うことができます。ブロックベースの言語 (Blockly) を使用してロボットのロジックを定義し、プログラムをロボットにアップロードして、ウェブカメラを通じてロボットの動作を確認します。ロボットに壁を避けさせたり、ラインをたどるレースで競争させたり、その他の種類の運動をさせることができます。コードを使用して学習したい場合は、 コードバージョン。 

オンライン IDE を使用して、アセンブリ言語を使用して Atmel ATmega328P マイクロコントローラーをプログラムします。 ATmega328p は Arduino UNO で使用されており、実際にプログラムできるボードです。 LED、ポテンショメータ、サーボモーターなど、さまざまな周辺機器が付属しています。

ハードウェアは Arduino Board ラボと共有されているため、そこで可能なアクティビティはここでも可能です。さらに、C ソース コードをアセンブリと組み合わせることができます。当然のことながら、このバージョンのラボはアセンブリを指向しており、Arduino ラボの他のバージョンよりも使用が複雑であり、マイクロプロセッサ、コンピューターアーキテクチャ、およびアセンブリのコースを指向しています。

このラボでは、デジタルエレクトロニクスの基礎を学びます。

真理値表を設計して記入することによって組み合わせシステムを設計し、ブール代数を使用し、カルノー・ベイッチ (KV または VK) マップを作成し、実際のリモートハードウェア (インテル FPGA) で作成したシステムを試すことができます。

概要

デジタル トレーナー ラボは、デジタル ロジック、真理値表、ブール代数を学び始める学生を対象に設計されています。

アクティビティ中に、生徒は一連の単純な真理値表を実装するインテル FPGA を見ます。学生は FPGA デバイスを操作して、スイッチを介してシステムへの入力を変更し、LED を介して出力を観察できます。課題は、FPGA がそれぞれの場合にどの論理演算子を実装するかを決定することです (例: AND、NAND...)。

 

さらに詳しく

このアクティビティは比較的シンプルで簡単ですが、同時に生徒の興味を引くように設計されています。ゲームのようなスタイルで設計されており、実際のハードウェア (FPGA) に基づいています。そうすることで、デジタル ロジックを導入して理解するのに役立つだけでなく、学生が業界で使用されているのと同じ種類の FPGA デバイスと表面的な方法で対話して、その知識の将来の用途を理解し始めることができます。

FPGA デバイスとの対話は、学生がプログラミングする必要がないため、複雑さを増すことはありません。彼らはすでにブラック ボックス ロジックを実装しています (これがまさにアクティビティのポイントです)。

このラボはもともと、インテル コーポレーションが自社のセミナーで、インテル DE1-SoC、インテル DE2-115、またはその他のタイプの FPGA を使用して、実践的およびリモートの両方で頻繁に実施している活動を拠点としています。

概要

アナログ回路を実験するためのラボです。インタラクティブな画面で、プロトタイピングボード上の部品を配線し、ファンクションジェネレーターや電源を接続・設定できます。回路を設計した後は、マルチメーターやオシロスコープで測定できます。回路はリレーによって実際に構成され、実信号を実機で測定します。シミュレーションではありません。オームの法則、キルヒホッフの法則、部品の特性評価、計測器、回路方式など、アナログ電子工学の学習に活用できます。

 

操作方法と計測器

LabsLand エレクトロニクスラボは、従来のアナログ電子工学ラボを模したインタラクティブな画面で操作します。プロトタイピングボード、ファンクションジェネレーター、電源、マルチメーター、オシロスコープを操作でき、回路に組み込む部品トレイも利用できます。

中心となるのはプロトタイピングボードです。画面上部のトレイから部品をボードにドラッグし、右上のツールバーから選択した配線で接続します。部品や配線は自由に追加、移動、削除できます。

設計済みの回路を読み込んだり保存したりすることもできます。アクティビティに応じて複雑な回路を出発点にしたり、回路を保存して後で再利用したり、最後に提出したりできます。

プロトタイピングボードの側面には、回路を各計測器に接続するコネクターがあります。たとえば左上の「DC 電源」コネクターには +5V、GND、-5V と表示され、回路を電源に接続します。

計測器を表示・設定するには、画面下部のメニューから選択します。たとえば「DC 電源」を選ぶと電源を操作でき、その設定が回路と測定に直接反映されます。

回路を正しく設計・構築して計測器を設定したら、右下の「測定を実行」ボタンを押します。しばらくすると計測器に結果が表示されます。回路に誤りがある場合や、安全上の理由または未対応の構成によって回路を構築できない場合は、エラーメッセージが表示されます。

測定時には、測定を行う実機のリアルタイム写真が画面の下に表示されます。測定中、回路はリレーによって物理的に構成され、インジケーター LED で状態を確認できる場合があります。

 

回路カタログ

LabsLand エレクトロニクスラボの重要な特徴は、シミュレーションではないことです。回路はリレーで実際に構成され、抵抗器、ダイオード、コンデンサーなどの実部品と実機の計測器を使用します。そのため現実的で強力なラボである一方、物理的な制約もあります。

使用する部品はラボに物理的に搭載されている必要があります。利用できる部品は部品トレイで確認できます。同じ種類の部品を複数使う場合は、必要な個数が搭載されている必要があります。また安全のため、短絡や部品の許容電力を超える回路、安全性が確認されていない回路は構築できません。

授業用アクティビティを設計してラボを実践的に活用できるよう、回路カタログの使用を推奨しています。LabsLand 回路カタログには、安全に構築・使用でき、さまざまな授業で役立つ多数の回路を掲載しています。

カタログ掲載回路を基に授業を設計することで、安全性、部品の在庫、構築可能性などの理由で任意の回路が利用できない問題を避けられます。

カタログは https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html からアクセスでき、目次にも掲載されています。

カタログには、次の回路のセクションがあります。

• 抵抗器
• ダイオード
• RC 回路
• RLC 回路
• オペアンプ
• トランジスター

カタログは継続的に拡充しています。追加を希望する回路があれば、お問い合わせください。追加を保証することはできませんが、今後の改訂に向けて検討します。

 

内部動作

LabsLand エレクトロニクスラボは、世界各地の教育機関に設置された複数の「Hive」で構成され、回路と測定を提供するクラスターとして動作します。

設計中の回路は、「測定」ボタンを押すまで物理的には構築されません。ボタンを押すと分散ノードの一つが割り当てられ、回路を構築して測定し、結果を返します。測定したノードは、画面に表示されるリアルタイム写真で確認できます。測定ごとに異なるノードへ割り当てられる場合があるため、複数回測定すると最後の測定画像やプロバイダーが変わることがあります。

各ノードは、複数の計測器と、リレーや回路部品を搭載した LabsLand 設計のボードを収めた装置です。「Hive Node Reference Documentation」には、ノードの内部動作と各内部ボードの役割が詳しく記載されています。

ノードを設置する教育機関は、必要に応じて新しい回路を追加し、カスタマイズできます。詳細はマニュアルに記載されています。

 

機器

このラボの機器（前述のノード）は LabsLand が設計しており、教育機関への導入用として販売しています。機器を購入して施設内に設置すると、それを使った研究や回路の作成・カスタマイズが可能になります。

ハードウェアの購入方法については、https://labsland.com/en/hardware をご覧ください。

 

中等教育・大学教育での活用

LabsLand エレクトロニクスラボは、中等教育と大学教育の双方で活用できる教育リソースです。

アナログ電子工学の基礎を安全かつインタラクティブに学べます。学生は実回路を使った実験を通じてオームの法則やキルヒホッフの法則などを学び、電気・電子工学に欠かせないオシロスコープやマルチメーターの操作も体験できます。

授業で扱った概念の定着や発展、オペアンプやトランジスターなどの複雑な部品の実験、解析やシミュレーションに向けた独自回路の設計に利用できます。

本物のFPGAを使ってハードウェア設計を学ぼう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、利用可能な複数のボードの 1 つでコードをテストすることができます。すべての FPGA には、10 個の LED、6 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなどの一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、10 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、これらを設計で使用したり、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。

コードを合成するたびに、特定のボード（Terasic DE2-115 や Terasic DE1-SoC など）に割り当てられ、利用可能なボードの 1 つにコードを送信して、スイッチのオンとオフを切り替えたり、ボタンを押したりして、デザインがどのように動作するかを確認できるようになります。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

ブラウザーで設計を記述してコンパイルし、実機のDE1-SoCでテストします。ライブカメラでLEDと7セグメント表示器を確認し、仮想スイッチやボタンで操作できます。

UARTを使用するには、標準インターフェースを選択し、入室前にUARTシリアルターミナルを有効にしてください。UARTセッションでは対応ボードが使用されます。

QuartusでFPGA設計を作成してコンパイルし、.sofファイルをここにアップロードします。直接アクセスするには標準インターフェースを選びます。他の操作機能やシミュレーションを使用するには、入室前にインターフェースを選択してください。

UARTを使用するには、標準インターフェースを選択し、入室前にUARTシリアルターミナルを有効にしてください。UARTセッションでは対応ボードが使用されます。

Terasic DE2-115 FPGA を使ってハードウェア設計を学びましょう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE2-115 FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、18 個の赤色 LED、9 個の緑色 LED、8 個の 7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなど、一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、18 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、設計で使用でき、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。

概要

STM32 ラボでは、ユーザーが ST WB55RG Nucleo ボードをリモートでプログラムおよび制御できるようにします。このバージョンのラボでは、完全なウェブベースの C/C++ オンライン IDE を使用してプログラムされています。これには、スイッチ、ボタン、ポテンショメータ、センサー、LCD スクリーン、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器が含まれます。このラボは、低消費電力モードの研究に使用できます。組み込みシステム、マイクロコントローラー プログラミング、モノのインターネット (IoT) などのコースでの使用に適しています。

 

実験用ハードウェアと周辺機器

LabsLand の STM32 リモートラボでは、ユーザーは ST Nucleo WB55RG ボードと、LED、RGB LED、スイッチ、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器をプログラムおよび制御できます。このラボでは、スリープ、低電力実行、低電力スリープ、ストップ 0、ストップ 1、ストップ 2、スタンバイ、シャットダウンなどのさまざまな低電力モードもサポートしています。これらのモードは、STM32 ボードのパフォーマンスと機能に対するエネルギー消費の影響を調査するために使用できます。

 

オンライン IDE

このラボは、C/C++ を使用して STM32 ボードをプログラミングするために、オンラインの統合開発環境 (IDE) を通じて使用されます。 LabsLand によって開発されたこの IDE は完全なウェブベースで使いやすく、教育目的に適しており効果的です。オンライン IDE を使用すると、学生はインターネット接続のある任意のコンピュータからコードを作成、コンパイルし、STM32 ボードにアップロードできます。オンライン IDE には、さまざまな機能とツールも含まれています。

 

開始コード

従来のワークフローでは、LabsLand の STM32 リモートラボを利用する学生は、まず STM32CubeMX を使用して、ハードウェアとそのプロジェクトと互換性のある基本プロジェクトを生成します。このプロセスを容易にするために、LabsLand はそのようなプロジェクトを事前に生成し、開始点としてユーザーが利用できるようにしました。このプロジェクトは、ハードウェアと直接互換性があるように設計されており、教育目的の一般的な開始点として役立ちます。

STM32 リモートラボは内部的にこのテンプレート プロジェクトに依存しており、ユーザーはこのテンプレート プロジェクトをダウンロードして、その構成を調べることができます。テンプレートを変更したい場合や、STM32CubeMX を使用して独自のプロジェクトを生成したい場合は、それを行うことができます。この場合、オンライン IDE を含まない別バージョンのラボを利用する方が適している場合があります。この別バージョンでは、ユーザーは標準ベンダーまたは業界ツールチェーンを使用して STM32 ボードをプログラムし、バイナリでコンパイルされたファイルをラボにアップロードできます。

 

対象となるコース

LabsLand による STM32 リモートラボは、次のような幅広いコースに適用できる多用途プラットフォームです。

• マイクロコントローラーの概要
• モノのインターネット (IoT)
• 低電力コンピューティング
• センサーインターフェース
• 組み込みシステム
• コンピュータのアーキテクチャ

これらのコースには、STM32 ボードのプログラミング、さまざまなセンサーや周辺機器とのインターフェース、マイクロコントローラーベースのシステムと IoT の原理の学習が含まれる場合があります。 STM32 リモートラボは、これらの分野での実践的な学習と実験に必要なハードウェアおよびソフトウェア ツールを提供します。

 

このラボの他のバージョン

このバージョンでは、教育用途向けに設計された使いやすい LabsLand のオンライン C/C++ IDE でボードをプログラムします。

別バージョンの「STM32 Nucleo - IDE なし」では、業界標準のツールチェーン、オフライン IDE、Mbed などの高機能なオンライン IDE を利用できます。コンパイル済みバイナリファイルを直接アップロードしてボードをプログラムします。

 

REMOCLEC プロジェクト

このラボは REMOCLEC プロジェクトの一環として開発されています。LabsLand が主導する REMOCLEC コンソーシアムは、デウスト大学とPlegma Labsによって構成されています。REMOCLEC は、欧州連合の Horizon 2020 研究およびイノベーション プログラムによって資金提供されている Smart4All European プロジェクトによって資金提供されています。

概要

STM32 ラボでは、ユーザーが ST WB55RG Nucleo ボードをリモートでプログラムおよび制御できるようにします。このバージョンのラボでは、ユーザーはコンパイル済みのバイナリ ファイルをアップロードしてボードにプログラムできるため、業界標準のオフライン ツールを含むあらゆる種類のツールチェーンを使用できます。このラボには、スイッチ、ボタン、ポテンショメータ、センサー、LCD スクリーン、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器が含まれています。低消費電力モードを研究するために使用できます。組み込みシステム、マイクロコントローラープログラミング、モノのインターネット (IoT) などのコースに適しています。

 

実験用ハードウェアと周辺機器

LabsLand の STM32 リモートラボでは、ユーザーは ST Nucleo WB55RG ボードと、LED、RGB LED、スイッチ、OLED ディスプレイ、サーボ モーターなどのさまざまな入出力周辺機器をプログラムおよび制御できます。このラボでは、スリープ、低電力実行、低電力スリープ、ストップ 0、ストップ 1、ストップ 2、スタンバイ、シャットダウンなどのさまざまな低電力モードもサポートしています。これらのモードは、STM32 ボードのパフォーマンスと機能に対するエネルギー消費の影響を調査するために使用できます。

 

バイナリファイルのアップロード

STM32 ラボのこのバージョンでは、ユーザーはコンパイル済みバイナリ ファイルをアップロードしてボードにプログラムすることができます。 .bin、.axf、.hex、.elf など、さまざまな特定の形式がサポートされています。すべての STM32 ツールチェーンと IDE はこれらの形式のいずれかを生成するため、ラボはあらゆる種類のワークフローと互換性があります。

学生は、従来のツール (STM32CubeMX など) またはデスクトップベースの IDE およびツールチェーン (Keil、STM32CubeIDE、GCC-ARM ツールチェーンを備えた Eclipse など) を利用できます。

 

ハードウェアの配置と開始テンプレート

学生はSTM32CubeMXProgrammerを自由に使用できます。このプロセスを容易にするために、LabsLand はそのようなプロジェクトを事前に生成し、開始点としてユーザーが利用できるようにしました。このプロジェクトはハードウェアと直接互換性があるように設計されており、一般的な開始点として適しています。自由に変更できます。

また、リモートハードウェアの接続方法を説明するガイドや仕様も複数あるため、学生はその情報を利用して独自の STM32CubeMX 構成を最初から構築することもできます。

 

対象となるコース

LabsLand による STM32 リモートラボは、次のような幅広いコースに適用できる多用途プラットフォームです。

• マイクロコントローラーの概要
• モノのインターネット (IoT)
• 低電力コンピューティング
• センサーインターフェース
• 組み込みシステム
• コンピュータのアーキテクチャ

これらのコースには、STM32 ボードのプログラミング、さまざまなセンサーや周辺機器とのインターフェース、マイクロコントローラーベースのシステムと IoT の原理の学習が含まれる場合があります。 STM32 リモートラボは、これらの分野での実践的な学習と実験に必要なハードウェアおよびソフトウェア ツールを提供します。

 

このラボの他のバージョン

この「STM32 Nucleo - IDE なし」バージョンでは、学生がコンパイル済みバイナリファイルをアップロードします。業界標準のツールチェーン、オフライン IDE、Mbed などの高機能なオンライン IDE を含む、あらゆるツールチェーンを利用できます。 

別バージョンでは、教育用途向けに設計された使いやすい LabsLand のオンライン C/C++ IDE でボードをプログラムします。このバージョンほど高機能ではありませんが、端末にソフトウェアをインストールせず数秒で使い始められるため、入門的なアクティビティに適しています。

 

REMOCLEC プロジェクト

このラボは REMOCLEC プロジェクトの一環として開発されています。LabsLand が主導する REMOCLEC コンソーシアムは、デウスト大学とPlegma Labsによって構成されています。REMOCLEC は、欧州連合の Horizon 2020 研究およびイノベーション プログラムによって資金提供されている Smart4All European プロジェクトによって資金提供されています。

概要

このラボでは、Nios V システムを搭載した FPGAcademy DE1-SoC コンピューターを実行している実際の Terasic DE1-SoC ボードにリモート アクセスすることができます。 FPGA ビットストリームは LabsLand によって修正されるため、学生は Nios V RISC-V ソフトコア プロセッサ用の ELF プログラムを構築またはアップロードし、ライブ ボードで結果を観察することに集中します。

ラボの利用方法

• DE1-SoC 用の Nios V: 既存の ELF プログラムをアップロードし、固定された Nios V システム上で実行します。
• DE1-SoC 用 Nios VC IDE: CodeIDE に C コードを記述し、Nios V ELF をビルドして、ボードにアップロードします。
• DE1-SoC 用の Nios V アセンブリ IDE: CodeIDE に RISC-V アセンブリを書き込み、Nios V ELF を構築して、ボードにアップロードします。

コースやアクティビティに最適

このラボは、組み込みシステム、RISC-V アセンブリ、組み込み C、メモリ マップド I/O、GPIO プログラミング、JTAG UART 出力、および FPGA ハードウェア上のソフトコア プロセッサ ワークフローの入門および中級アクティビティに役立ちます。一般的な演習には、JTAG UART を介したメッセージの出力、スイッチ入力の読み取り、LED の駆動、C 実装とアセンブリ実装の比較、教員が提供する ELF バイナリのアップロードなどが含まれます。

ハードウェアと固定システム

物理ターゲットは、Intel/Altera Cyclone V SoC FPGA を搭載した Terasic DE1-SoC ボードです。 LabsLand は、生徒 ELF がロードされる前に、Nios V ビットストリームを使用して FPGAcademy DE1-SoC コンピューターでボードをプログラムします。このラボでは、学生は FPGA ファブリックを変更したり、これらのエントリからカスタム SOF をアップロードしたりしません。提供された Nios V システム上でファームウェアを実行します。

スイッチとLEDのマッピング

画面上のコントロールにはラベルが付けられています NSW0 を通して NSW9。これらは、固定 FPGAcademy システムによって使用される GPIO/JP1 入力パスにマップされた論理 Nios V スイッチです。スターター プログラムとデモ プログラムはミラーリングされます NSW0..NSW9 に LEDR0..LEDR9, そのため、学生は実際のボードカメラでプログラムを確認できます。 NSW の名前は、この Nios V システムが汎用の HDL モード スイッチ ラベルとは異なるリモート コントロール マッピングを使用しているため、意図的に付けられています。

参考文献

プロセッサ システム、メモリ マップ、および I/O の詳細については、 Nios V リファレンスを備えた FPGAcademy DE1-SoC コンピューター。ラボのドキュメント パネルには、各セッション内からのこのリファレンスもリンクされています。

Terasic DE2-115 FPGA を使ってハードウェア設計を学びましょう！

このラボでは、VHDL または Verilog の 2 つのハードウェア設計言語を使用してプログラミングする方法を学び、実際の Terasic DE2-115 FPGA でコードをテストすることができます。 FPGA には、LED、7 セグメント ディスプレイ、複数のクロックなどの一連のコンポーネントがすでに配置されています。さらに、18 個の仮想スイッチと 4 個の仮想ボタンにアクセスでき、設計で使用でき、実際のハードウェアを操作するときに表示されます。スイッチをオンまたはオフにしたり、ボタンを押したりして、設計の動作を確認できます。各ボードは異なる大学に設置されており、利用時に設置先を確認できます。

このラボでは、コンピュータ、タブレット、電話にソフトウェアやハードウェアをインストールする必要はありません。