ОПИСАНИЕ НАУЧНОГО ПРОЕКТА ГРУППЫ

В наше время все чаще возникает необходимость удаленного доступа к специфическому оборудованию. Причины такой потребности могут быть различными: долгая дорога к лаборатории, введение карантинных мер в связи с распространением вирусных инфекций, тренд на онлайн образование и т.п. Существует несколько способов работы со сложным оборудованием вне лаборатории: использование специализированных симуляторов и программно-аппаратные комплексы для доступа к оборудованию.

Специализированные симуляторы представляют собой имитационные модели реализованные в виде программ, которые эмулируют работу устройства. Такой подход используется, когда работа эмулируемого устройства хорошо задокументирована, но он не подходит, когда требуется изучить новые аспекты работы устройства (например, взаимодействие с различными подключаемыми устройствами). Примером такого симулятора является De-Sim. De-Sim предназначен для симуляции схем, заданных кодом на языке Verilog, и обеспечивает графический интерфейс (GUI) пользователя, наглядно отражающий периферию плат De10-Lite и De1-SoС.

Симуляторы не всегда позволяют провести достаточное тестирование разрабатываемой системы ввиду своих ограничений (некоторые особенности работы реальной аппаратуры сложно рассчитать и описать моделью), также различные допущения при описании модели зачастую влияют на точность эмулирования устройства. К тому же для разработки симулятора необходимо провести ряд тестов на новом оборудовании, чтобы выявить закономерности ее работы и сделать цифровой двойник. Поэтому для более точной работы с лабораторным оборудованием используют программно-аппаратные комплексы для доступа к оборудованию. Такой подход позволяет пользователю через специализированную программу или через Web-интерфейс получить доступ к реальному оборудованию. Обычно для реализации доступа к полному функционалу оборудования используются специализированный аппаратный комплекс, который состоит из различных механических устройств взаимодействующих с оборудованием (например сервоприводы, которые нажимают на кнопки платы). Одним из примеров такой реализации является проект LabsLand.

В данном исследование акцент будет сделан на удаленную работу с устройствами, которые применяются при проектировании встраиваемых устройств: микроконтроллеры, одноплатные компьютеры, ПЛИС.

Особое внимание в проекте будет уделено платам ПЛИС (программируемыми логическими интегральными схемами). Разработанные удаленные стенды с ПЛИС возможно использовать для обучения основам проектирования интегральных схем, а также использовать в качестве аппаратных ускорителей для различных вычислений. Полученную архитектуру стендов можно будет использовать для создания стендов для обучения студентов, проведения курсов ДПО (дополнительного профессионального образования), проведения различных исследований на платах ПЛИС. Эти особенности делают разработку удаленных стендов с платами ПЛИС важной и актуальной задачей.


В настоящее время науной групой выполнены следующие задачи:

1)  Проведен обзор существующих решений в области проектирования удаленных лабораторий, который показал, что несмотря на большое количество отдельных решений, не существует единого подхода к созданию удаленных стендов. Наиболее перспективным среди рассмотренных решений является платформа LabsLand, которую члены учебный группы решили взять за основу для реализации удаленной лаборатории.

2) Предложена методика проектирования лаборатории на основе созданных архитектур удаленных лабораторий (макроархитектур).

3) Разработаны архитектуры стендов (микроархитектуры) для удаленной работы со следующими устройствами: ПЛИС, одноплатными компьютерами, микроконтроллерами. Разработанные архитектуры, реализованные в виде стендов, могут быть адаптированы под работу с другими устройствами, например для взаимодействия со сложным лабораторным оборудованием.

4) Разработаны прототипы удаленных стендов для работы с платами ПЛИС и микроконтроллерами.

5) Разработано программное обеспечение для работы с удаленными стендами для синхронного и асинхронного доступа. Для синхронного доступа разработан набор веб-интерфейсов для работы с платами ПЛИС и микроконтроллерами, а для асинхронного доступа разработан чат-бот в Telegram.

6) Проведено тестирование разработанных стендов в рамках проектной деятельности лаборатории.