SimpleRLab远程计算机硬件实验统一平台

系统概述

    “远程计算机硬件实验统一平台”(简称SimpleRLab),是针对高校计算机及相关专业开发的硬件教学实验系统。系统参考教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会制定的计算机类专业知识结构及能力要求,提供数字逻辑、计算机组成原理及计算机系统结构等多个方面的实验教学,涵盖原理验证、实训应用、综合设计及研究创新设计等多层次的实验操作。同时,SimpleRLab配有强大的实验管理系统,能够为计算机硬件实验教学及科研提供一个完整的、一体化的实验教学环境,从而打造出一流的专业计算机硬件实验室。

    系统分为实验客户端、远程实验管理系统、远程实验接入设备和硬件实验平台四大部分。硬件实验平台通过USB接口与远程接入设备相连;远程接入设备管理硬件实验平台的每个设备,同时负责管理每一个客户(远程登录的学生),验证其合法身份、为其合理分配实验设备,并将客户请求和操作转换成硬件系统的指令;客户端是登录远程硬件实验系统、获取实验设备、完成计算机硬件类实验的窗口,为学生实验提供了包括软件逻辑分析仪在内的多种实验工具和友好的实验界面。

适用对象

适用专业:计算机类相关专业

适用课程:系统可辅助高校开设《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机体系结构》、《计算机硬件课程设计》、《微机与接口技术》、《单片机原理》、《嵌入式系统》、《数字系统设计工程》、《VLSI设计》等方面的课程。

系统特点

    作为计算机硬件类实验的统一平台,SimpleRLab具有以下特点和优势:

先进技术

    系统在充分考虑了实验体系完备的条件下,在实验技术、实验方法和实验管理方面都采用了先进的理念和方法。在实验技术上采用了国内领先的技术,以FPGA为核心、加入监控和测试手段,采用通用USB接口实现硬件实验设备,在支持EDA综合结果的基础上,结合网络技术,数据库技术,WCF技术创新的设计实现了本系统。

统一平台

    SimpleRLab实验系统,是清华大学计算机硬件类实验教学改革的结晶,支持计算机硬件系列核心实验课程,实验从简单到复杂,从分离到集成,从原理到实现,让学生学习一次系统的使用,其余的时间仅仅关注知识本身即可,完全改变了多门课程多种实验系统的格局。

远程实验

    网络媒介成为实验平台的传输媒介,学生可以不必受实验室开放时间的限制,可以24小时随时作实验;由于网络媒介的有效隔离,实验硬件设备得到最大的保护,硬件设备的故障干扰几乎不存在,同时系统的返修率大大减低。学生可以将宿舍或者教室当作实验室,实验室有效扩大到整个校园;实验系统永远都是开放的,没有了实验时间的约束。

高效管理

    对于独立实验,具有详细实验日志记录;对于设计和创新型实验,采用分组方式实验,通过开放式设计,题目和内容做到完全独立;两种实验方式下,系统都从根本上杜绝了学生抄袭等问题,从而有效解决了硬件类实验检验上的难题。统一的计算机硬件实验平台,有效减少了实验室中设备数量,同时机架式的设计让实验系统在实验室一角就可以支持所有学生实验,硬件设备的维护工作量大大降低。

创新实验

    远程计算机硬件实验统一平台,在实验技术、实验方法、实验内容设计和实验室管理上均是创新的,已经申请和获得的专利四项,并在实验内容上不断探索。创新的思想和创新的平台,提供给学生一个创新的基础和环境。

系统功能

    远程计算机硬件实验统一平台的硬件部分主要包括:远程实验接入设备和硬件实验设备,为实验平台提供安全可靠的硬件环境。

    远程实验接入设备:运行SimpleRLab远程实验管理系统,管理硬件实验平台的每个设备,同时负责管理每一个客户(远程登录的学生),验证其合法身份、为其合理分配实验设备,记录实验内容、实验时间和具体操作等日志,并将客户请求和操作转换成硬件系统的指令。

    硬件实验设备:是实验的硬件载体,学生的每个实验都最终在此运行完成。硬件实验设备是机架式设备,包括硬件实验线卡和线卡控制器,采用SimpleRLab专用7U机架式设计,每个线卡控制器最多可安装16个线卡,平台支持多机级联。

    远程计算机硬件实验统一平台软件系统由实验客户端、远程实验管理系统组成,以满足本地实验和远程实验的需要。SimpleRLab客户端提供了学生账号登陆、实验程序上传、实验界面、实验数据下载,实验数据显示等功能。远程实验管理系统为教师提供了管理学生、实验硬件的功能,并为客户端提供远程连接硬件的接口。提供了学生的账号管理,实验程序提交,硬件和客户端之间的数据传输等功能。

    计算机硬件实验统一平台采用两种构架,分别支持本地和远程实验模式,用户可根据需要选择使用不同构架或者混合使用。

    目前,SimpleRLab系统正式投入使用的实验模块有以下三大部分,即数字逻辑、计算机组成原理和计算机系统结构实验,学校授课教师可根据相关课程中实验课时的安排情况,选择进行相关的实验教学。

    为配合学校进行远程计算机硬件相关实验的开设,产品标配相关实验教材,对具体实验操作进行讲解,对实验目的、实验原理、实验环境、实验步骤等多个教学环节进行详细说明。

典型应用

清华大学

    清华大学(Tsinghua University)是中国著名高等学府,是中国高层次人才培养和科学技术研究的重要基地。目前,清华大学设有16个学院,56个系,已成为一所具有理学、工学、文学、艺术学、历史学、哲学、经济学、管理学、法学、教育学和医学等学科的综合性、研究型、开放式大学。

    清华大学计算机科学与技术系(以下简称计算机系)设有计算机科学与技术一级学科,属全国首批国家重点一级学科,在对学生进行培养的全过程中注重计算机硬件与软件以及计算机应用的全面训练,强调科学理论与实际应用的相互结合,努力造就适应研究、设计和应用开发的"复合型"人才。

    计算机系拥有“国家级教学实验示范中心”称号。教学实验室设置齐全,包括:计算机原理实验室、微型计算机实验室、计算机网络实验室、操作系统实验室、计算机软件实验室、计算机控制系统实验室、智能机器人实验室、计算机接口实验室、学生科技创新实验室等。

    远程计算机硬件实验统一平台已经承担了清华大学多门硬件课程的实验教学任务,贯穿计算机硬件教学的始终。通过本地实验和远程实验两种方式,学生能够集中精力与硬件知识本身,而不必担心硬件故障等问题,有效巩固学生的硬件知识,同时软硬结合的锻炼学生在计算机硬件领域的创新设计能力。该实验平台已经达到国际先进水平,同时得到诸多兄弟院校的好评,对高校计算机硬件教学改革起到了有力的推动作用。


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