交互式遠程實驗系統(tǒng)的研究及實踐

目錄
第1章 遠程實驗的發(fā)展 1
1.1 遠程教育的發(fā)展 1
1.2 互聯(lián)網+教育 4
1.3 虛擬實驗與遠程實驗 6
1.4 研究現(xiàn)狀 7
1.4.1 虛擬實驗 8
1.4.2 遠程實物實驗 9
第2章 遠程實驗系統(tǒng)研究 14
2.1 遠程實驗的概念 14
2.2 遠程實驗的分類 14
2.2.1 基于虛擬仿真的遠程實驗 15
2.2.2 基于遠程控制的遠程實驗 16
2.2.3 控制型遠程實驗的分類 17
2.3 遠程實驗系統(tǒng)的網絡通信 17
2.3.1 TCP/IP協(xié)議 18
2.3.2 工業(yè)以太網 20
2.3.3 LXI總線 23
2.3.4 CAN總線 25
2.3.5 FF總線 27
2.3.6 其他現(xiàn)場總線技術 30
2.4 自動測試系統(tǒng)與遠程實驗 34
2.4.1 自動測試系統(tǒng)的邏輯結構 34
2.4.2 自動測試系統(tǒng)的基本原理 35
2.4.3 自動測試系統(tǒng)的發(fā)展 36
2.4.4 自動測試系統(tǒng)的組建 38
2.5 遠程實驗系統(tǒng)的網絡結構模式 39
2.5.1 基于C/S模式的網絡結構 40
2.5.2 基于B/S模式的網絡結構 44
2.5.3 基于C/S和B/S混合模式 46
2.6 遠程實驗系統(tǒng)的典型架構 47
2.6.1 遠程實驗系統(tǒng)簡單架構 47
2.6.2 UTS架構 48
2.6.3 iLab架構 50
2.7 遠程網絡協(xié)作實驗系統(tǒng) 51
2.7.1 基于CSCL的遠程實驗系統(tǒng) 52
2.7.2 遠程實驗室的協(xié)同 54
2.8 遠程實驗系統(tǒng)中的調度 57
2.8.1 調度方法 58
2.8.2 Sahara的體系結構 59
2.8.3 Sahara的預約調度 60
2.8.4 Sahara的排隊調度 60
第3章 系統(tǒng)分析與設計 62
3.1 需求與任務分析 62
3.2 系統(tǒng)結構設計 65
3.3 組網與通信 67
第4章 可程控邏輯驗證平臺 68
4.1 系統(tǒng)總體結構 68
4.2 FPGA核心模塊 72
4.2.1 硬件概述 72
4.2.2 FPGA器件 72
4.2.3 配置電路 74
4.2.4 時鐘電路 77
4.2.5 存儲電路 77
4.2.6 按鍵與LED指示電路 80
4.2.7 用戶I/O接口 81
4.2.8 電源電路 82
4.3 底板硬件設計 83
4.3.1 信號發(fā)生與測控模塊 83
4.3.2 多模式輸出控制模塊 88
4.3.3 其他外圍實驗單元 90
4.4 信號發(fā)生與測控模塊固件設計 91
4.4.1 系統(tǒng)設計規(guī)劃 91
4.4.2 頻率脈寬測量模塊 93
4.4.3 信號發(fā)生模塊 101
4.4.4 旋轉編碼開關處理模塊 104
4.4.5 單片機接口模塊 106
4.4.6 單片機程序設計 112
4.5 多模式輸出控制模塊 116
第5章 控制服務器 118
5.1 控制服務器總體結構 118
5.2 系統(tǒng)硬件 120
5.2.1 微控制器 120
5.2.2 供電控制 123
5.2.3 開關機控制 124
5.2.4 開關機檢測 125
5.2.5 通信模塊 126
5.2.6 蓄電池管理 132
5.2.7 其他模塊 141
5.3 系統(tǒng)配置與軟件實現(xiàn) 147
5.3.1 以太網模塊配置 147
5.3.2 軟件實現(xiàn) 151
5.3.3 單片機低功耗實現(xiàn) 158
第6章 視頻服務器 160
6.1 嵌入式硬件平臺 160
6.1.1 嵌入式處理器資源 161
6.1.2 板載外設資源 163
6.2 嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 163
6.2.1 Bootloarder移植 164
6.2.2 嵌入式Linux內核移植 165
6.2.3 根文件系統(tǒng)構建 166
6.3 V4L2驅動 166
6.3.1 V4L2驅動框架 167
6.3.2 V4L2驅動調用流程 168
6.4 視頻的采集與傳輸 171
6.4.1 視頻采集 173
6.4.2 視頻傳輸 182
6.5 視頻服務器的編譯與運行 187
6.6 攝像機與鏡頭 189
6.6.1 攝像機 189
6.6.2 光學鏡頭 193
第7章 實驗服務器 198
7.1 數(shù)據通信 199
7.1.1 Winsock控件 199
7.1.2 與客戶端的通信 201
7.1.3 與控制服務器的通信 206
7.2 數(shù)據管理 213
7.2.1 數(shù)據庫創(chuàng)建 213
7.2.2 數(shù)據庫操作 218
7.2.3 數(shù)據庫維護 222
第8章 實驗計算機 226
8.1 FPGA的配置方法 228
8.1.1 AS與Fast AS配置 228
8.1.2 FPGA的PS配置 230
8.1.3 FPGA的JTAG配置 232
8.2 JTAG原理 234
8.2.1 邊界掃描 234
8.2.2 測試訪問端口 235
8.2.3 JTAG指令 239
8.3 基于嵌入式平臺的配置實踐 240
8.3.1 Jam STAPL 240
8.3.2 Jam Player 242
8.3.3 Jam Player移植 245
8.4 基于PC的配置實踐 249
8.4.1 Quartus的命令行設計 251
8.4.2 基于命令行的編程與配置 254
8.4.3 編程實現(xiàn) 263
8.5 系統(tǒng)通信 270
8.5.1 數(shù)據接收與轉發(fā) 270
8.5.2 配置文件接收 279
第9章 客戶機系統(tǒng) 282
9.1 客戶機系統(tǒng)構成 282
9.2 客戶端軟件結構 283
9.3 服務請求 285
9.4 開關機控制 285
9.5 音視頻 286
9.6 遠程配置 288
9.6.1 配置文件的發(fā)送 289
9.6.2 配置命令的發(fā)送 291
9.7 測量數(shù)據接收與控制命令發(fā)送 291
9.7.1 測量數(shù)據接收與顯示 291
9.7.2 控制命令發(fā)送 293
參考文獻 295