[实用新型]基于SoC FPGA的计算机课程贯穿式教学实践平台

说明书

一种基于SoC FPGA的计算机课程贯穿式教学实践平台，其特征在于，包括FPGA电路板和IO扩展板；具体电路连接如下：FPGA电路板的核心为一块SoC FPGA芯片，该芯片内部固化了ARM处理器硬核，同时还包括一块可编程逻辑单元；SoC FPGA的硬核外部挂载了DDR存储器，QSPI Flash存储器，还包括外围设备接口；SoC FPGA的可编程逻辑单元外部扩展出了VGA接口和HDMI接口，还设计了Arduino连接器和通用IO插座。本实用新型涉及一种教学平台，主要用于计算机课程的实践教学，可贯穿多门课程使用，资源丰富，使用灵活，可扩展性好。

技术领域

本实用新型涉及一种教学平台，主要用于计算机课程的实践教学，可贯穿多门课程使用。

背景技术

计算机课程群不仅包括数字逻辑、计算机组成原理、计算机体系结构、数字系统设计、微机接口技术等多门硬件课程，还包括编译原理、汇编语言、操作系统等多门软件相关课程，此外还包括多核技术、并行计算、嵌入式系统、计算机综合课程设计等多门扩展或综合类课程。这个庞大的课程群覆盖了计算机系统设计的方方面面，其中的各门课程既相对独立，又相互衔接，由简到繁、由易到难、由浅到深、由硬到软，分层次，循序渐进建立学生对计算机系统的整体视图。

与课程群相辅相成的是实践体系。目前计算机课程实践教学中主要存在以下问题：(1)各门课程的实践内容相对独立，对课程之间的关联和衔接考虑不足，知识和能力碎片化严重；(2)实践平台专用，一般一个平台仅为一门课程使用，资源的利用率低，总体成本高，维护工作量大；(3)实践平台可扩展性差，更新缓慢，很难跟上快速迭代的技术发展速度。

本实用新型为计算机整个课程群的教学提供了统一的实践平台，资源丰富，使用灵活，可扩展性好。

实用新型内容

本实用新型是针对当前计算机课程实践教学中存在的问题，提供了一种基于SoCFPGA的可贯穿多门课程使用的教学实践平台。

本实用新型采用的技术方案如下：

采用小型化的口袋实验室方案，平台主要包括FPGA电路板和IO扩展板两部分。FPGA电路板是一块搭载了SoC FPGA芯片、存储器和一些外设接口的电路板；IO扩展板主要是一些传感器模块，输入/输出设备等。两者相互独立，但IO扩展板可以直接插到FPGA电路板的扩展口上使用。如图1所示。

具体电路连接如下：

1)FPGA电路板的核心为一块SoC FPGA芯片，该芯片内部固化了ARM处理器硬核，同时还包括一块可编程逻辑单元，可以按需在其中加载软核，亦可直接配置电路，使用非常灵活。

SoC FPGA的硬核外部挂载了两块DDR存储器，一块QSPI Flash存储器，还扩展了常用的外围设备接口及连接器，如UART接口、USB接口、以太网接口、 SD卡、GPIO等。

SoC FPGA的可编程逻辑单元外部扩展出了VGA接口和HDMI接口，同时为了提高板卡的可扩展性，还设计了Arduino连接器，与标准Arduino接口兼容。此外还引出了两组40脚的GPIO扩展接口，4组12脚的GPIO扩展接口。

2)IO扩展板种类繁多，根据接口类型，既可以是标准Arduino扩展板，插在FPGA电路板的Arduino连接器上使用；也可以是包括最多32个GPIO引脚的 IO扩展板，插在GPIO电路板的GPIO扩展口Ⅰ上使用；也可以是包括最多8个 GPIO引脚的IO扩展板，插在FPGA扩展口Ⅱ上使用。IO扩展板根据功能，既可以是温湿度、光照、压力等传感器模块，也可以是按键、开关、LED、数码管、 LCD等基本输入输出设备，也可以是电机、气泵、继电器等设备。

本实用新型效果：

本实用新型的效果如下：