FPGA远程云端硬件实验平台-Xilinx版

    追梦系列    

FPGA远程云端硬件实验平台

（Xilinx版）

一、产品开发背景和目的

FPGA远程云端硬件实验平台是为响应教育行业数字化转型与产业升级需求而开发的创新教学系统。随着教育信息化进程加速，传统实验室教学模式因受场地、设备、时间等因素制约，已难以满足现代教育对灵活性、实时性和大规模教学的需求，远程实践教学成为教育刚需。本平台旨在解决传统实验教学的痛点，通过“真实硬件+云端服务”的虚实一体化设计，突破时空限制，使学生能够随时随地进行编程实践与实验验证，同时降低教学成本并提升实验安全性。

二、产品概述

FPGA远程云端硬件实验平台是虚实一体的教学实验系统，采用B/S架构，既兼顾了传统FPGA实验系统的功能又结合了大数据、云计算机技术可实现远程操作的功能---设计功能电路、远程烧写FPGA、远程反馈实验结果。

采用Xilinx Artix7系列的FPGA芯片，外设模块全部为模拟虚拟器件，配有必要的虚拟仪器，让学生全身心专注于FPGA开发练习，在网络环境允许的情况下，可以随时随地随心进行实践训练，在网络上操作完全达到了实体操作身临其境的效果，通过丰富的实验平台外设模块，构建起云硬件实验室。软件分为教师登录端口与学生登录端口，实验平台具备教学实验管理功能，在疫情期间，让居家开展课题设计，完成课设实验成为可能。

1.产品定位

本平台是专为电子信息工程、自动化、计算机科学与技术、物联网工程、机械电子工程等工科类专业设计的虚实一体化远程实验教学系统，深度融合云计算、物联网与EDA开发验证技术，构建了覆盖“基础—进阶—创新”全链条的课程体系。配套课程涵盖FPGA开发设计、数字逻辑、计算机组成与体系结构，编译原理和操作系统等核心课程，并延伸至智能家居、智能机器人、工业自动化等交叉领域实践，同时配套创新创业实训模块，助力学生从理论到项目的全流程能力培养。

2.特色功能

虚实结合的远程实验环境：支持通过浏览器远程访问Xilinx XC7A35T器件，搭配虚拟外设（如LED、显示器件、电机等）和虚拟仪器（逻辑分析仪），实现“本地环境编程+云端硬件执行”，突破传统实验室空间限制。

全流程云端管理：提供教师端、学生端双平台，支持实验任务发布、FPGA烧写、结果反馈、数据统计全链路管理。教师可实时监控学生操作记录，设备运行状态，在线验证学生提交的作业及评分，一键导出实验报告，实现教学过程透明化与自动化。

多终端适配：支持电脑、平板、手机等多设备访问，实验界面自适应屏幕尺寸，学生可随时随地通过移动端查看实验状态、接收通知，提升学习便捷性。

开放化实验生态：内置丰富的标准化实验案例库（覆盖电子信息、自动化、物联网等专业），支持用户自定义器件库、实验模板上传及分享，适配个性化教学需求。

3.创新点

该平台以“真实硬件+云端服务”为核心架构，深度融合虚实一体化设计理念，开创性地解决了传统实验教学的时空限制与安全瓶颈。通过自主研发的B/S架构，学生可随时随地通过浏览器远程访问Xilinx Artix FPGA芯片，搭配虚拟外设（如LED、显示器件、电机等）及虚拟仪器（逻辑分析仪），实现“本地操作体验+云端硬件执行”的无缝衔接。其创新性体现在三大维度：

技术融合突破实验边界：首次将工业级ARM+FPGA双核架构应用于远程实验平台，支持毫秒级指令响应与低网络延迟（＜50ms），确保远程操作与本地实操体验一致；同时集成温度监测、功耗保护、短路隔离等多重硬件防护机制，兼顾实验真实性与设备安全性。

教学模式重构与生态开放：通过动态分配硬件资源、自动化实验管理、智能诊断自愈等功能，重构传统实验室教学流程；开放器件库、实验模板及企业级协议（如RS485），支持教师自定义教学内容与企业定制开发，形成可持续扩展的教育生态。

产教融合与应急响应：内置丰富的场景案例库（如电机控制、TFT屏显示、Sobel边缘识别等），对接智能制造与物联网岗位技能需求；全民抗击新冠病毒期间首创居家实验通道，保障教学连续性，成为教育数字化转型的标杆性解决方案。这一创新模式既保留了硬件实验的教学深度，又借助云计算技术释放了教学灵活性，为工科实践教育提供了高效、安全、前瞻性的数字化基础设施。

三、实验案例