外文翻译---利用FPGA技术设计基于黑板的数字化硬件

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1、PDF外文：http:/ 1    外文文献翻译     2010 届    译文： 利用 FPGA 技术设计基于黑板的数字化硬件    学生姓名      刘晓明            学     号      06054116         院     系      数理信息学院 &

2、nbsp;    专     业      电子信息工程           2 原文出处： American Society for Engineering Education             April 1-2, 2005  Northern Illinois University, DeKalb, Illinois.  2005 IL/IN Sectional Conference

3、利用 FPGA 技术设计基于黑板的数字化硬件    1.引       言  在工程类课程中如何开展精深的实验教学仍然是远程教学面临的挑战之一。有一个例子是一个学习电气工程专业学生的数字硬件设计课程，在课堂的环境中，这个课程的学生必须有机会获得软件和硬件工具去实践设计，合成，实施和测试他们的数字电路。这个问题可以简单地说明如下：如何在学生的硬件设计课中可以不断互动硬件设施和设备而无需移动到实验室？当大部份硬件设计设施不能移 动到目的位置的大学校园的这种课程中，这个问题变得更加具有挑战性。  互联网的接入似乎是来实现这一目标一

4、个最合理的方法，在这种情况下，一组学生，或学生与教师，可以以合作操作的方式做同一个设计。这种情况就不能仅由常规的方法简单地处理。考虑一下，比如运用 FPGA 的数字硬件的设计和构建。这个过程就需要 FPGA芯片，带电源的开发板，设计工具，引脚分配指示。困难不仅有工具和硬件设备的准备，还要采取一系列正确的步骤。也就是说，为设计和创建所需的一系列步骤，每一个步骤是高度依赖于以前完成的步骤，在进程中任何不当和错误必须报告 。测试和调试的芯片则更难，因为它是高度相互作用的并完全依赖于较为成功的实施。  其中一个处理问题方法是使用的黑板，作为一个以互联网为基础的教学媒体和发展技术，它让学生可以

5、使用本地工具来设计他们的项目并尽可能地与其他学生分享他们的设计，最后结果报告给他们的教师，所有这些都通过黑板。这就像被熟知的批处理，但是当学生需要让他们的设计生效，远程配置和测试的时候，问题就变得复杂了。我们提出了一个修建在线设计平台的建议。一个在线设计平台有以下标准： a）它提供了教师与学生之间的交流联系渠道。 b）它为数字硬件设计建立了一个共 同图书馆，这样学生和教师能够分享他们的设计。 c）它包含了一个运用 FPGA 进行原创性数字设计的硬件平台。 d)最后，它创建了一个通过互联网执行 I/O 口联接和硬件测试的环境。    这个新技术可以明显地提高数字应用上的的性能

6、和效率，比如：  1. 通过互联网的进行教学实验和精深的实验课程。  2. 远距离组员执行团队进行合作设计。  3. 允许外部审评和评估人员测试和核实硬件。  4. 远距离遥控执行系统演示。  2.问题陈述  在这里我们特别要关注的是能够使用现场可编程门阵列（ FPGA）实现硬件功能的数字化设计的课程，这些课程通常是项目导向的，完全 是实验性的和可传递的。为了完成 3 他们的长期项目学生在这些课程通常需要做完以下的设计步骤：  1. 项目说明，硬件设备的规格和编制。  2. 通过原理图编译或硬件描述语言设计输入，如

7、 VHDL 语言，或 Verilog HDL，在这一步骤中产生设计网表。  3. 设计项目的功能仿真。这一步还需要设计工具用来进行功能上的仿真和验证这个设计。  4. 设计合成。这是创建一个从功能或其行为描述最优化的硬件和数字系统的一个重要步骤。已经用几个较小的步骤完成了把系统的功能特性的转化成存在于供应商库实际门，这一步也是一个基础工具。  5. 设计实施。这也是一个过程中关 键的步骤，它需要：一）元件库，二） FPGA 芯片，三）用户约束文件，以及四）执行设计的软件工具。以下几个步骤，包括引脚分配，放置和构成为硬件（重新）配置的构造文件 design.bit。

8、通常建议，在发送之前为硬件配置通过时序仿真以验证设计。这种模拟类似于第 3 步，但通过门路径时的实际时间延迟除外，因此模拟结果也更接近于实测结果。  6. 硬件配置。在这一步，步骤 5 中创建的 design.bit 文件，被下载到一个硬件黑板上的一个 FPGA 芯片这个最终目的地。  7. 最后，库中设计的芯片必须发送输入来核实和测试信号和核查黑板的答复。如 果结果与仿真结果不相符，系统必须允许进一步核实和调试。  就像任何其他密集编程一样，执行步骤 2 到 5 需要必要的软件工具来设计，在一般的环境中，这些步骤可以通过使用设计工具简单地进行。例如，在这里牛赛灵

9、思 ISE 工具主要用于设计输入，逻辑综合，并设计实施。为了实现模拟仿真的目的， Mentor Graphics 公司和其他一些软件公司模使用 modelsim 软件。  然而，为了实现步骤 6 和 7，学生需要获得某些硬件设施下载他们的设计到 FPGA 硬件中，并验证和测试。这些设施不是可以在教室里经常看到的，而且不是每个班上的学生都可 以用到的。这个问题就可以陈诉如下：步骤 1 到 5 的设计程序在本地进行的，而每个学生如何才能执行步骤 6 和 7 以实现他或她的项目并与远程实验室取得联系，并获取所有结果来报告他或她的进展？  3 .利用互联网接入  现在一种

10、新的方法是建议在工程中使用互联网接入来实现精深的实验课程教学。特别是，我们将提供一种方法来使用黑板作为因特网基础教学的论坛和发展各种技术来设计和建设采用现场可编程门阵列的数字化的硬件。显然，设计的某些步骤是通过黑板工具才方便进行的 。这些步骤包括设计交流，小组讨论，问题的解决和报告。尤其是当硬件设计工具仅在当地才有效，那么只有通过互联网来报告结果（称为，批处理）。然而，当遇到需通过因特网高度互动的处理时，一组学生，或学生与教员，正进行的设计工作的情况是不能简单地用常规方法来处理的。现在的目标是在无论有或没有基地技术援助的情况下如何通过互联网运用远程的硬件设施进行硬件实现，配置和测试。