Návrh a realizace virtuální laboratoře pro výuku programovatelných hradlových polí

Abstract

Tato bakalářská práce je zaměřena na návrh vzdálené laboratoře pro práci s programovatelnými hradlovými poli, do které mohou žáci a studenti přistupovat pomocí veřejné sítě internet a pracovat tak vzdáleně s vývojovými prostředky jak softwarovými, tak hardwarovými. Vývojové prostředky pro práci s programovatelnými hradlovými poli jsou často finančně náročné a vzdálená laboratoř tak může být zajímavým prostředkem jak pro práci na domácích úlohách, tak pro vlastní projekty žáků a studentů. Během řešení práce byly zjištěny a popsány specifika návrhu programovatelných hradlových polí oproti návrhu klasických číslicových logických obvodů a technické požadavky na návrh laboratoře. Jako základní prvek laboratoře bylo zvoleno FPGA z rodiny Spartan-3A firmy Xilinx Inc. Dále byla zvolena platforma s pomocným programovatelným hradlovým polem jako rozhraním k připojenému osobnímu počítači, příslušný modul byl navržen a vyroben. Ze softwarového hlediska byla vybrána platforma pracující na bázi protokolu RFB. Přínosem vzdálené laboratoře, kromě vzdělávacího aspektu výuky moderních technologií v oboru číslicové techniky, je možnost řešit komplexní úlohy a projekty, aniž by žáci a studenti byli nuceni trávit nezanedbatelný čas realizací obvodů pomocí klasických číslicových integrovaných obvodů.

This bachelor thesis is focused on a design of a Field Programmable Gate Array remote laboratory. Students can access to this laboratory via the Internet and work with hardware and software design tools. Design tools are usually rather expensive; remote laboratory could be considered as an instrument for dealing with homework or for students' own projects. During solving the problem, FPGA design specifics in comparison to classical digital circuits design techniques were discovered and described as well as technical requirements for the design of the laboratory. Spartan-3A Xilinx Inc. FPGA was chosen as a main component of the remote laboratory. The platform further consists of auxiliary FPGA creating an interface to a personal computer. An appropriate electronic module board was developed and manufactured. From the software point of view the RFB protocol was chosen. The benefit of the remote laboratory, together with the educational aspect of teaching modern digital technology, is that it provides a possibility for student to solve their own projects and tasks without spending non-negligible amount of their time with realization of the circuit with discrete integrated circuits.