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GW48-CP3+

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现代计算机组成与SOC创新设计开发系统

               型号KX-CP3+

杭州康芯推出的现代计算机组成原理/设计实验开发系统参考了国外著名大学计算机组成与设计实验系统的功能与结构,代表了全新的符合国外知名高校同类学科的计算机组成原理实验理念,为实验者提供了先进的学习平台,克服了传统实验中单纯基于原理验证模式的,与实际工程技术脱钩,学用脱节,甚至误导的缺陷;让学生有机会接触到最新的计算机组成与设计方面的知识,使理论学习与工程设计相结合,知识传授与自主创新能力培养相结合,同时也与国际上大多数高校的计算机组成原理课实验内容与方法接轨。

★ GW48-CP系列的优势与特色:

◇ 在计算机设计方面能强化专业特色。目前国内不少计算机专业本科生就业率堪忧,症结何在?事实上本科计算机专业的课程,高职高专中也类同;而本科电子、通信、自动化等专业也有同类课程;显然在职场上,前者待遇要求不高,后者专业特色明显,而计算机专业学生将处于不利地位。竞争世界,特色乃生存根本!目前计算机专业课程设置和实验内容殛需改革!

 规范而完整的配套教材。配套教材:《现代计算机组成原理》“十一五”国家级规划教材”,国家级精品教材(说明国家级精品教材评审专家对于该教材中的教学理念、教学内容、实验内容和实验模式的认可与推荐),含教材配套教学课件和实验课件,示例丰富,多数基于SOC片上系统设计理念。

该教材也在一定程度上解决了国内本科计算机专业教学中普遍存在并亟待解决的弊端:只学软件设计不学硬件设计、只学软件计算机语言不学硬件计算机语言、只学使用计算机而不学设计计算机。

 满足现代计算机工程的必要条件。无论是传统8位验证性模型计算机设计,还是自主CPU设计,乃至32位嵌入系统设计,都能由单一FPGA实现,这与现代SOC片上系统设计技术相吻合。

 实验内容面向工程实际。这使学生不仅仅了解计算机的工作原理,更能自主设计,培养人才市场急需的自主创新型人才。

 能完成计算机体系结构相关实验。除能完成基于EDA的计算机组成实验外,还能完成计算机体系结构课程相关的实验。

 提供实现满足工程实际的IP核。如MAMTOR公司的8086/8088  8255 IP核,8051/8052核,ALTERA的32位NiosII核等,以现代全新的技术和方式完成实验与设计。

 能完成现代计算机组成原理课的前期课程及实验。即包括实现硬件描述语言HDL教学实验的全部内容。

 将毕业设计内容与工程需求同就业需求相结合。使学生能与现代电子工程技术0接触,为毕业设计学生提供面向工程实际,自主设计和创新开拓的题目,使求职者拥有更雄厚的就业资本,使学生一跨出校门就拥有社会急需的竞争力


    ★ 传统/现代计算机组成原理实验系统性能特点比较


    结构与功能特点传统计算机组成原理实验系统现代计算机组成原理实验系统
    ◆实验特点本身仅为验证性模型,与真实的计算机设计无关,更无法完成创新型实验真实反映现代计算机设计工程实现原理、测试方法和设计技术,容易完成自主实用型设计实验
    ◆结构特点由规模不等的离散集成电路块(也包括部分孤立的CPLD/FPGA)等器件构成CPU模型。整个CPU,甚至嵌入式系统核,RAM、ROM,各类通信接口,DMA,中断控制器、算法加速器等都可在单片FPGA中实现。
    ◆CPU指令与微指令存储与形成方式通过外部ROM或EEPROM构成,指令的数量和微指令的宽度受到限制,难以扩展,CPU模型结构被限制。且非真实CPU结构形式。既可以采用传统的ROM或EEPROM存储,又可以采用FPGA中的EAB嵌入式方式,构成单片系统,更符合现代CPU设计理念和工程实现途径。
    ◆CPU指令和微指令的实现方式手工设计、画微指令流程图;手工(烧写或键入)输入方式实现。设计效率低、可靠性低,调试困难。涉及的技术无实用意义。利用计算机输入,形成专用文件格式,由EDA工具自动配置进FPGA中设定的RAM、ROM中,便捷、高效、实用,规范。实验中涉及的技术有实用意义。
    ◆可用硬件资源硬件资源非常有限,且结构固定,不便于系统扩展、设计思路受限制,学生有创意的设想无从得到验证采用数十万甚至数百万门规模的大型FPGA,可利用资源极丰富,灵活,设计者可根据需要反复调整和改变电路结构,容易激发学生的自主创新型思维。且其方法能直接用于工程。
    ◆观察CPU内软硬件工作情况及排错通过有限的发光二极管和数码管设置观察点,难以观察指令执行的细节情况,如竞争、毛刺等,排错困难。除外部液晶屏显示外,还能在PC上对整个软硬件系统进行时序仿真,及通过JTAG口使用嵌入式逻辑分析仪对CPU内部任意点,完成实时测试和观察。
    ◆实验方式手工硬件连线,费时费力,效率低、可靠性差,排错难。也不符合实际工程。布线布局由计算机完成,并自动检测排错,现场配置,可靠性高,无寿命限制
    ◆设计可移植性由于需当场连线,故功能模型无可移植性和保存性,且必须完全依赖于实验系统,无法给出有特色的设计。由于能在计算机上实现SOC单片系统,故可保存,可移植,可在自己的PC上设计和软硬件仿真。最后到实验室在实验系统上作硬件测试即可
    ◆嵌入式模块利用无法利用嵌入式模块完成设计,然而这是现代计算机设计所必须的。如NiosII核、8051核、8086/8088核及UART、VGA、DMA、SDRAM控制核等等
    ◆可扩展和升级性由于既定结构的限制,无法随技术的发展而扩展升级由于由单片FPGA实现,CPU结构,总线宽,接口模式等扩展和升级方便
     
    ◆多用途性
    只能对计算机组成原理作传统方式的验证性实验,功能单一、模式落后,国外计算机专业早已抛弃除可实现现代计算机组成原理实验外,还能进行EDA实验、SOPC实验、硬件描述语言实验、电子设计竞赛培训、实用CPU或单片机设计等等。
    ◆体系结构实验完全不能实现计算机体系结构方面的实验十分容易完成,因为单片大规模FPGA是计算机体系结构实验的不二选择
    ◆嵌入式系统设计由于无法接纳大规模IP核,故软硬件设计都无可能完全能容易地实现且具有广泛的实用价值和现代计算机研究价值



     



 


系统配置:

  • ★  下载模块:

    ◆USB-Blaster JTAG编程下载器;

    ◆ByteBlasterMV编程下载器,能对不同公司的FPGA/CPLD和51单片机在线编程;

    ★   电源模块:

    ◆内置电源,含标准+/-12V5V3.3V2.5V1.5V混合工作电压功率输出电路模块;

    ◆过载保护开关电源;

    ★  显示、接口模块:

    LED、数码管、扬声器;

    10键,可输入最高达32位二进制数;

    ◆含12个可重配置实验电平开关;2个其他用途键;

    ◆含扫描的智能译码电路模块,直通非译码、BCD译码、16进制译码;

    ◆7寸800X480数字TFT彩色液晶屏;

    ◆20X4字符液晶,4*4矩阵键盘;

    ◆步进电机,能进行步进细分控制实验;

    ◆直流电机,含闭环转速控制系统,光电脉冲计数,提供光电脉冲硬件消抖动设计;

    ◆数字温度测控模块;

    ◆完成图象或文字显示功能的VGA接口;

    ◆标准PS/2鼠标接口和PS/2键盘接口各1个;

    RS232串行接口(有演示实例可证实此功能);

    ◆CPLD3032接口模块;

      ★数模器件及存储器模块

    ◆含A/DD/A器件及其接口;

    ◆含D/ALM311构成的FPGA可控A/D设计项目模块;

    ◆供DDS函数发生器用的幅度、偏移调谐模块;

    ◆含有源滤波电路,供波形发生器的设计之用;

    ★ 扩展模块:

    ◆兼容模拟EDA器件含ispPAC器件适配板;

    ◆外扩展IO口模块;

    CPLD/FPGA万能接口模块;

    ★ 时钟源模块:

    ◆含420MHz1Hz标准频率宽频信号源;

    ★ 其它附件:

    ◆电源线、UART通信电缆、在系统下载电缆、扩展口连接线。

    系统配置:

           ◇ GWA1C6A适配板资源:Cyclone FPGA 1C6Q240,32万门、用于FPGA掉电保护配置器件EPCS Flash,10万次重复编程次数,且可兼作软核嵌入式系统数据存储器、EPM3032A CPLD;

    ★ 接口资源:

    ◆JTAG、AS下载口;

    ◆USB接口;

    ◆PS/2键盘、鼠标接口一个;

    ◆8色VGA口一个;

    ◆以太网口;

    ◆EPM3032A CPLD;

    ◆RS232串口1个;

    ◆SD卡接口,可接1-2GB Flash;

    ◆20MHz时钟源(可倍频到300MHz)1个;

    ◆语音采样口;

    ◆立体声输出口;

    ◆MIC模拟输入口;

    ◆高速时钟口一个;

    ◆IO扩展口

    字符、点阵液晶接口

    ◆扬声器一个。

    ◆超高速双通道DAC及ADC板接口;

    ★ 五大类实验项目

    一、计算机组成原理与计算机体系结构类:

    ◇ 算术运算器、ROM、单双口RAM、FIFO、FPGA外部RAM/Flash存储器实验;

    ◇ 微控制器时序电路、乘法累加器设计、程序计数器与地址寄存器;

    ◇ 微控制器设计、总线控制器、锁相环应用、嵌入式逻辑分析仪应用等;

    ◇ 8位微程序控制的模型计算机的设计与实现。包括CPU设计,硬件指令设计,软硬件联合开发等;

    ◇ 基于FPGA的片上系统(SOC)的MCS-51单片机IP核实验与设计

    ◇ 基于状态机的完整16CPU设计。包括CPU设计,硬件指令设计,软硬件联合开发,SOC实现等

    ◇ 基于流水线构架的16RISC CPU设计及计算机体系结构相关实验,

    ◇ 基于FPGA的片上系统32位软核嵌入式系统软硬件设计;

    ◇ 计算机系统创新设计与实验。

    二、硬件描述语言HDLEDA技术类实验和设计。如移位相加硬件乘法器设计、用流水线技术设计高速数字相关器、线性反馈移位寄存器设计、VGA图像显示控制器设计、直接数字式频率合成器设计等实验。

    三、基于单片FPGA8086/8088 CPU核,8253/8254 IP核(定时器);8250 IP核(UART串行通信);8237 IP核(DMA控制器);8259 IP核(可编程中断控制器),锁相环核等经典IBM计算机系统设计。由于8086/8088核的全兼容性,传统微机原理及微机接口实验中的C8086汇编程序都能直接由该核运行,完成基于EDA技术的微机原理及微机接口方面的部分实验。

    四、全国大学生电子设计竞赛培训及开发。能承担大学生电子设计竞赛中许多设计题目的培训任务,进一步强化计算机学生基于现代电子技术的硬件系统设计能力。               

    五、基于MATLABDSP Builder的全硬件高速DSP系统实验和设计(需要增配多通道超高速ADC/DAC适配板)。

    ★ 实验调试途径:

     时序仿真和功能仿真:基于Quartus II,可完成软硬件联合调试的Timing /Functional Simulation,延时精度小于1ns这是传统实验模式所无法比拟的。该仿真工具将使学生更加深入地理解计算机的工作时序。

     嵌入式逻辑分析仪测试:基于Quartus II,可使用嵌入式逻辑分析仪SignalTapIICPU内部的任何信号节点和总线数据进行实时测试和观察(13-46),号通过实验系统配置的USB-Blaster送到PC机屏幕观察。也可软硬件同步观察。

     在系统RAM/ROM测试:基于QuartusII,使用In-System Memory Content EditorFPGACPUROM/RAM下载程序代码,并实时观察CPU运行过程中数据RAM中的内容变化,并实时编辑。这是调试CPU工作软件的一种有效方法。

     利用实验系统上的(黑白或彩色)液晶屏、数码管、发光管和各类信号源等进行调试和观察。




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