作者： 潘镪 徐狮 徐争前
来源：《科技创新导报》 2012年第1期
潘镪 徐翀 徐争前
(杭州电子科技大学计算机学院 浙江杭州 310018)荔湾3-1
摘 要:远程虚拟实验室的不断发展,使得高校的传统实验教学模式正在逐渐转型,特别是仿真虚拟技术的日渐成熟,使得仿真虚拟实验得到了快速发展,而远程控制实验作为仿真虚拟实验的扩展和延伸,显然更具有优势和发展空间。该文所描述的远程硬件实验控制平台即为远程控制实验的一种具体实现。 关键词:远程实验 计算机硬件 实验平台
中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0029-02
四川康定地震 引言
随着计算机在各个领域的广泛应用与普及,计算机俨然已成为现代社会运行与发展必不可少的部分,这
就使得高校教育对计算机方面的教学愈加重视。计算机硬件实验是计算机教学中至关重要的一部分,然而如今的高校计算机硬件实验教学正面临着各样的问题:硬件设施不齐全;实验室仪器成本和维护费用昂贵;学生得不到充分利用实验室设备的机会等。
网络虚拟实验室通过计算机网络系统,使得学生或研究人员不受时空的限制,随时随地共享仪器设备、数据和计算机资源,可以有效地解决如今高校实验教学面临的困境。
网络虚拟实验室按实现功能可分为3类:
(1)软件共享网络虚拟实验室:其特点为,服务端共享本地的虚拟实验室模拟软件平台,接受客户端发送的实验请求,分析和处理实验参数,经过计算模拟最终将结果返回客户端。整个系统不涉及具体的实验仪器硬件设备,只是利用软件模拟实验的过程。 (2)仪器共享网络虚拟实验室:服务端同样接受客户端的实验请求和实验参数,使用实验参数配置与之连接的实验仪器硬件设备,由实验仪器硬件设备进行实验,并将实验结果返回服务端,最后返回到用户端,实现实验仪器和实验数据的共享。
湖南卫视呼啦 (3)远程控制网络虚拟实验室:与仪器共享网络虚拟实验室最大的区别在于,除了实验仪器实验数据的共享之外,还要实现客户端对实验仪器设备的远程控制。
本文所描述的远程硬件实验控制平台属于第三类网络虚拟实验,应用于高校计算机硬件实验教学。其优点是:
(1)集组成原理课程实验、数字逻辑设计课程实验、系统结构课程实验于一体的计算机硬件实验统一平台。通过此硬件平台可以选择所包含的多类学科的课程实验,不必为不同的实验选择不同的硬件仪器。
(2)学生远程使用客户端软件通过互联网连接服务器即可进行实验操作,不必专程去实验室做实验,不仅方便了学生,又节约了学校的实验室资源。
(3)友好的人机交互界面,虚拟的实验平台界面,操作方便又有真实感。
(4)实时的实验结果反馈,客户端的每一个实验操作都经过远程硬件平台处理后将真实结果反馈给客户端,并通过显示界面展现给学生。
1 实验平台拓扑结构图
实验平台提供了多台用来实现远程控制的设备,这些设备是根据学生课程定制的一些硬件,并通过USB结构分别与HUB链接,并通过实验服务器统一管理。学生则通过客户端设备连接到网络来调用实验室服务器提供的服务完成整个实验过程,见图1。
2 实验平台的体系结构设计
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2.1 三层结构
一个是表示层,用户通过客户端的图形界面来调用服务以及获取结果集。
第二个是服务层,包括转发器模块来转发客户端指令;数据模块,用来管理用户以及设备等信息;硬件接口模块,用来对基本的硬件操作指令进行包装与统一提供接口。
第三个是硬件层,主要是基本的电路板的设计与指令设计,图2。
2.2 通信模式
WCF通信,服务端通过WebServer的形式把函数提供给客户端界面进行通信。
Socket通信,服务端与硬件设备之间的指令通过Socket来实现。
2.3 协议数据包
wacom inkling 在此实验平台中,通信的协议数据包分为三种:
0型:该型实验协议数据包封装了客户端主动线程向实验平台的被动线程发送实验操作指令及实验数据,是最重要的实验协议数据包。设计了一个0型实验协议数据包格式。对于一个含有n个字节的数据包,它的格式如下表。当控制模块被动线程接收到该实验协议数据包之后,就以“实验命令”为内存影射地址的首地址,对桥接模块进行“实验数据长度”次数的读/写操作,把“实验数据”“写入”到桥接模块或者从桥接模块中读出“实验数据长度”的数据来。
ct系统参数标定 1型:该型实验协议数据包为实验平台的被动线程执行实验者的实验操作命令之后向客户端主动线程发送的反馈。该反馈数据(n个字节)的格式如下表。当实验者发现“错误”的“实验反馈信息”之后,应该合理地发送复位指令或者请求超级用户(开发者、教师)帮助。
0型与1型实验协议数据包构成了一个客户端主动线程与实验平台的被动线程之间的“停等协议”。
2型:实验协议数据包是由实验平台的主动线程向客户端被动线程所发送的实时数据,“实时数据类型”表示所传输的数据是何种模拟外设的实时数据,目前实现的实时数据类型有“实时接收串口数据”,“实时总线数值”,“实时寄存器值”。
3 结语
远程硬件实验控制平台建立了计算机硬件实验的统一平台,实现了对计算机硬件实验的远程操控,在软件客户端上做实验与在实验硬件上实际操作一样,方便学生自由地进行计算机硬件实验,不再受限于实验室仪器设备不足而带来的各种影响,使学生的实际动手操作能力得到有效的提高。学校也能够大大减少实验室硬件设备的开支,同时也使得实验设备的利用率大为增加。远程实验不仅适用于计算机硬件实验,在其他学科实验也同样适用,这使得远程实验具有更加广阔的发展空间。
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