计算机硬件实验统一平台设计..doc

计算机硬件实验统一平台设计 摘要：针对目前计算机硬件系列实验课程，我们采用大规模和超大规模集成电路和可编程器件，研究设计了统一硬件实验平台。本文介绍了为配套设计而开发的用以辅助实验的软件系统，并描述了平台的功能和代表性实验过程。br　　关键词br本文来自：计算机毕业网 ：大规模；可编程器件；统一硬件实验平台；软件系统br　　　　br　　Design of Union Platform of Computer Hardware Experimentbr　　QUAN Cheng-bin, GUAN Xiao-pei, LI Shan-shan, TANG Zhi-zhongbr　　(Tsinghua University, Lab for Computer Education, Beijing 100084, China)br　　Abstract: This paper describes the research and design on union hardware platform which bases on large-scale and ultra-br　　large-scale integrated circuits and programmable devices and supports the current series of computer hardware courses. At thesame time, it describes the software system going with the hardware platform, which helps the experiments a lot. Then it describes the capability of the union platform and the experiment process with the platform.br　　Key Words: large-scale, programmable devices, union hardware platform, software systembr　　br　　1引言br　　br　　目前国内的计算机硬件课程实验呈现出实验平台分散化的特点，各个课程采用了各自独立的实验平台。各种平台的集成度还比较低，大量使用小规模集成电路，所采用的可编程器件多为小规模的GAL，学生实验还要用很多外部飞线，系统的灵活性非常小[1]。国际部分知名高校的硬件课程比较集中，实验平台统一，很多采用了基于大规模可编程器件的实验平台来完成实验。在这些方面，国内的实验和实验平台还有较大差距[2]。br　　为了推动计算机硬件类实验改革，提高学生实验方法和实验效率，我们设计出了一套计算机硬件实验统一平台，下面就其功能、设计方法以及实验过程分别描述。br　　br　　2计算机硬件实验统一平台的功能br　　br　　计算机硬件实验统一平台支持清华大学计算机硬件类主干实验，包括：数字电路基础实验、数字逻辑、组成原理、系统结构以及微机接口等课程。br　　对于数字电路基础课程，支持的实验内容如表1所示。br　　br　　对于数字逻辑设计课程，支持全部实验，如表2。br　　br　　对于组成原理课程，支持如表3所列的实验。br　　br　　针对系统结构课程[3]，我们支持如表4所列的实验。br　　 br　　同时，我们支持如表5所列的微机接口课程实验。br　　br　　3计算机硬件实验统一平台的设计br　　br　　为了在统一的实验平台上满足各硬件课程的实验，我们采用了模块化结构来设计实验平台，平台的整体设计如图1所示。br　　br　　平台整体分为软硬件两个部分。软件部分主要在学生PC上运行，实现对硬件实验系统的监控；硬件部分主要是实验平台。学生PC与硬件实验平台通过USB或者串口连接，根据通信接口协议实现学生PC对硬件实验系统的动态监控。br　　软件部分按照模块化设计分为界面、通信、监控调试、下载以及内嵌的编译解释器等模块。br　　硬件部分分为板上公共逻辑模组，实验模组以及对应各个实验课程的数字逻辑辅助模组，组成原理辅助模组、微机接口辅助模组和系统结构辅助模组。这里各个实验课程辅助模组之间不是完全分离的，我们通过相互比较采用了一定的重叠复用，提高了硬件利用率。例如，数字逻辑辅助模组中包含对于微机接口辅助模组中相关接口模块的利用，两者复用了部分接口。诸如此类的复用，大大提高了整体硬件平台的利用率。br　　3.1软件部分br　　软件部分的各个模块中，界面模块设计了友好的人机交互方式，包含对硬件板的状态显示，以及对于特定实验的输入、编译、输出显示；通信部分依据特定的通信协议和硬件