通信板、实验板以及远程实验设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子技术领域，特别是涉及一种通信板、实验板以及远程实验设备。


背景技术：

2.在电子技术领域，远程实验需要建立实验板与控制设备之间的远程连接，用户可以通过控制设备远程向实验板写入实验程序，使实验板基于实验程序运行，并返回运行状态信息。
3.现有技术中，为了满足多人同时实验的需求，会设置多个实验板，以供不同用户在同一时刻分别使用不同的实验板进行实验。当实验板数量较多时，大量实验板需要同时与网络设备线缆连接，连接比较复杂。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本实用新型实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种通信板、实验板以及远程实验设备。
5.本实用新型实施例第一方面公开了一种通信板，包括：多个第一连接器和远程通信装置，其中，所述多个第一连接器中各个第一连接器分别用于与实验板的第二连接器配合连接，以实现所述实验板与所述通信板之间的通信连接；所述远程通信装置能够远程连接控制设备；所述多个第一连接器与所述远程通信装置可切换地连接。
6.可选地，所述第一连接器为插槽，所述实验板的第二连接器为与所述插槽匹配的插头。
7.可选地，所述插槽包括与所述插头中的第二电源端对应的第一电源端，所述通信板通过所述第一电源端向所述实验板提供电源。
8.可选地，所述通信板还包括交换机控制器，所述多个第一连接器通过所述交换机控制器与所述远程通信装置可切换地连接。
9.可选地，所述通信板还包括连接在所述交换机控制器和所述多个第一连接器之间的接口扩展器，所述接口扩展器与所述交换机控制器接口连接，所述接口扩展器扩展连接多个所述第一连接器。
10.可选地，所述远程通信装置包括网络接口和/或无线通信单元，其中，所述网络接口能够与网络设备有线连接，以通过所述网络设备远程连接所述控制设备；所述无线通信单元能够与网络设备无线连接，以通过所述网络设备远程连接所述控制设备。
11.本实用新型实施例第二方面公开了一种实验板，包括第二连接器，能够与第一发面所述的通信板中的第一连接器配合连接，以实现所述实验板与所述通信板之间的通信连接。
12.可选地，当所述第一连接器为插槽时，所述第二连接器为与所述插槽匹配的插头。
13.可选地，所述插头包括与所述插槽中的第一电源端对应的第二电源端，所述实验
板通过所述第二电源端接收所述实验板通过所述第一电源端的供电。
14.可选地，还包括控制单元和实验单元，所述控制单元与所述实验单元通信连接；所述控制单元与所述实验单元中的实验芯片的输入输出端口连接，而且所述控制单元与所述第二连接器相连。
15.可选地，还包括实验存储芯片，所述实验单元和所述控制单元分别与所述实验存储芯片连接。
16.本实用新型实施例第三方面公开了一种远程实验设备，包括第一方面所述的通信板和第二方面所述的实验板，所述通信板的第一连接器与所述实验板的第二连接器配合连接。
17.本实用新型实施例包括以下优点：通信板中包括多个第一连接器和远程通信装置，多个第一连接器中各个第一连接器分别用于与实验板的第二连接器配合连接，以实现实验板与通信板之间的通信连接；远程通信装置能够远程连接控制设备；多个第一连接器与远程通信装置可切换地连接。通信板可以同时连接多个实验板，完成实验板的远程实验。当实验板数量较多时，通过通信板可以将多个实验板统一连接到网络设备上，以通过网络设备实现控制设备与实验板之间的远程连接，可以简化连接。
附图说明
18.图1示出了本实用新型实施例中的一种远程实验设备的结构示意图；
19.图2示出了本实用新型实施例中的一种通信板的组成示意图；
20.图3示出了本实用新型实施例中的一种实验板的组成示意图。
具体实施方式
21.本技术实施例提供一种远程实验设备，包括通信板和实验板，通信板的第一连接器与实验板的第二连接器配合连接。
22.参照图1，图1示出了本实用新型实施例中的一种远程实验设备的结构示意图，该远程实验设备包括通信板101和多个实验板102。通信板101包括多个第一连接器和远程通信装置；实验板包括第二连接器。其中，多个第一连接器中各个第一连接器分别用于与实验板102的第二连接器配合连接，以实现实验板102与通信板101之间的通信连接；远程通信装置能够远程连接控制设备；多个第一连接器与远程通信装置可切换地连接。
23.本实施例中，通信板101具有数据转发功能和网络连接功能，可以通过网络远程连接位于远端的控制设备，接收控制设备发送的实验程序，并将实验程序转发给多个实验板中的目标实验板。目标实验板可以基于实验程序运行，并向通信板101返回运行实验程序之后得到的运行状态信息，由通信板101将运行状态信息转发给控制设备。控制设备例如为具有显示功能的计算机，控制设备可以基于运行状态信息，模拟显示目标实验板的运行状态，使用户可以远程控制目标实验板进行实验，并获取实验结果，实验结果即目标实验板基于实验程序运行后的运行状态。
24.可选地，第一连接器为插槽，实验板的第二连接器为与插槽匹配的插头。
25.如图2所示，图2示出了本实用新型实施例中的一种通信板的组成示意图，通信板中的第一连接器为插槽，实验板中的第二连接器为与插槽匹配的插头，插头连接于通信板
中的一个插槽，以实现实验板与通信板之间的通信连接。插槽可以包括例如图2所示的高速串行计算机扩展总线标准(peripheral component interconnect express，pcie)插槽，实验板中的插头为与pcie插槽匹配的pcie插头，插头例如为金手指形式的插头。通信板中可以设置多个第一连接器，每个第一连接器可以连接一个实验板，因此可以将较多数量的实验板连接于通信板，较多数量的实验板可以便于较多数量的用户同时进行实验。并且，当通信板和实验板通过插槽和插头连接时，可以避免在通信板和实验板之间设置通信线缆，提高整个实验装置的紧凑性，缩小实验装置的体积。其中，插槽和插头也可以采用其它类型的插槽和插头，本实施例对此不做限制。
26.可选地，通信板还包括交换机控制器，多个第一连接器通过交换机控制器与远程通信装置可切换地连接。
27.本实施例中，通信板中可以设置交换机控制器，通信板中的每个第一连接器分别连接交换机控制器中的一个通信接口。如图2所示，交换机控制器具有多个介质相关接口(medium dependent interface，mdi)，通信板中的每个pcie插槽可以通过mdi与交换机控制器连接。图2中符号mdi表示交换机控制器与pcie插槽之间通过mdi连接。实际应用中，可以在pcie插槽和mdi之间设置图2所示的变压器(transformer)，以实现交换机控制器中的mdi与pcie插槽之间的电压匹配。
28.可选地，远程通信装置包括网络接口和/或无线通信单元，其中，网络接口能够与网络设备有线连接，以通过网络设备远程连接控制设备；无线通信单元能够与网络设备无线连接，以通过网络设备远程连接控制设备。
29.在一种实施例中，通信板中可以设置网络接口，通信板可以通过网络接口连接网络设备，实现与网络设备的有线连接，以通过网络设备远程连接控制设备。网络接口可以为图2所示的rj45(registered jack 45)接口，通信板可以通过rj45接口连接路由器和交换机等网络设备，以实现与互联网的连接，rj45接口可以为千兆网口。此时，由于通信板与互联网连接，连接于通信板的实验板可以通过通信板与互联网连接，因此实验板与控制设备之间可以通过传输控制协议/网际协议(transmission control protocol/internet protocol，tcp/ip)建立网络连接。例如，可以为每个实验板配置ip地址，位于远端的控制设备可以通过ip地址访问通信板上连接的每个实验板。
30.可选地，通信板中可以设置有多个网络接口，使通信板可以通过多个网络接口连接网络设备。如图2所示，通信板中设置有两个rj45接口，通信板中的交换机控制器可以通过两个rj45接口同时连接网络设备。实际应用中，当通信板中设置多个网络接口时，通信板可以通过多个网络接口同时连接网络设备，可以扩大通信板与网络设备之间的通信带宽，提高通信效率。
31.在一种实施例中，通信板中可以设置无线通信单元，通信板可以通过无线通信单元与网络设备连接。例如，可以在图2所示通信板中设置无线保真(wireless fidelity，wifi)单元，交换机控制器与wifi单元通信连接，wifi单元可以通过无线通信的方式连接路由器和交换机等网络设备。当通信板中设置无线通信单元时，通信板可以通过无线通信的方式连接网络设备，可以便于通信板连接互联网，提高通信板的便捷性。其中，无线通信单元也可以通过其它无线通信的方式与网络设备连接，本实施例对无线通信的方式不做限制。
32.实际应用中，可以在通信板中只设置网络接口或者只设置无线通信单元，也可以在通信板中同时设置网络接口和无线通信单元，便于通信板灵活选择有线通信或无线通信的方式连接网络设备。
33.其中，当通信板中的每个pcie插槽分别连接一个实验板时，交换机控制器在接收到控制设备发送的实验程序时，可以从多个实验板中确定目标实验板，然后向目标实验板连接的pcie插槽发送实验程序，以将实验程序转发至目标实验板。结合上述举例，当每个实验板配置ip地址时，控制设备可以将实验程序封装为ip报文，ip报文中包括目标实验板的ip地址和实验程序，然后通过互联网向通信板发送ip报文，通信板在接收到ip报文之后，可以根据ip报文中的ip地址，从多个mdi中确定连接目标实验板的目标mdi，然后向目标mdi接转发实验程序，以将实验程序转发至目标实验板。同样的，实验板在转发运行状态信息时，可以将运行状态信息封装为ip报文，ip报文中包括控制设备的ip地址和运行状态信息，然后向通信板发送ip报文，通信板可以根据ip地址，向网络接口转发ip报文，以将包括运行状态信息的ip报文转发给网络设备。网络设备在接收到ip报文之后，可以根据ip报文中的ip地址，将包括运行状态信息的ip报文发送给控制设备。
34.可选地，通信板还包括连接在交换机控制器和多个第一连接器之间的接口扩展器，接口扩展器与交换机控制器接口连接，接口扩展器扩展连接多个第一连接器。
35.在一种实施例中，通信板中可以设置接口扩展器，可以通过接口扩展器对交换机控制器的接口进行扩展。例如，图2所示的第一接口扩展器为物理层(physical layer，phy)芯片，第一接口扩展器通过四路串行千兆媒体独立接口(quad-serial gigabit media independent interface，qsgmii)与交换机控制器接口连接，如图2所示，符号“qsgmii”表示交换机控制器与第一接口扩展器之间通过qsgmii连接。第一接口扩展器具有多个mdi，可以通过多个mdi同时连接多个插槽比如pcie插槽，实现对通信板中的插槽比如pcie插槽的扩展。
36.可选地，通信板还可以包括第二接口扩展器，第二接口扩展器与交换机控制器之间也可以通过qsgmii连接，第二接口扩展器具有多个rj45接口，可以实现对通信板中的网络接口的扩展。
37.实际应用中，通信板中设置接口扩展器，可以便于对通信板中的第一连接器和网络接口进行扩展，使通信板可以连接更多数量的实验板，并且可以通过更多数量的网络接口连接网络设备，增大通信板的通信带宽。
38.可选地，实验板包括控制单元和实验单元，控制单元与实验单元通信连接；控制单元与实验单元中的实验芯片的输入输出端口连接，而且控制单元与第二连接器相连。
39.在一种实施例中，实验板中可以设置控制单元和实验单元，实验单元用于运行实验程序，控制单元用于控制实验单元的运行。如图3所示，图3示出了本实用新型实施例中的一种实验板的组成示意图，控制单元包括控制芯片、以及控制芯片对应的外围电路，实验单元包括实验芯片、以及实验芯片的外围电路。控制芯片为具有控制能力的芯片，例如中央处理器(central processing unit，cpu)，也可以为现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)。实验芯片可以根据实验需求设置，例如若用户需要基于fpga进行实验，则实验芯片可以为fpga，若用户需要基于cpu进行实验，则实验芯片可以为cpu。
40.如图3所示，控制芯片可以通过联合测试工作组(joint test action group，
jtag)接口与实验芯片通信连接，以及通过配置(config)接口与实验芯片通信连接。当控制芯片与实验芯片通信连接时，控制芯片可以通过jtag接口向实验芯片写入实验程序，通过配置接口对fpga的模式进行配置，并且可以向实验芯片发送控制指令，控制实验芯片启动或停止。图3中符号“jtag”表示实验芯片与控制芯片之间通过jtag接口连接，符号“comfig”表示实验芯片与控制芯片之间通过配置接口连接。同时，控制芯片还可以与实验芯片中的输入输出(input/output，i/o)端口连接，符号“sw”、“btn”和“led”分别表示控制芯片与实验芯片中不同输入输出端口之间的连接，当控制芯片与实验芯片的i/o端口连接，i/o端口被配置为输入端口时，控制芯片可以调整i/o端口的状态，以向实验芯片输入控制信号；当i/o端口被配置为输出端口时，控制芯片可以获取i/o端口的端口状态，端口状态为实验芯片的运行状态。
41.其中，外围电路可以包括时钟电路、电源电路、复位电路、存储电路和通信电路等用于辅助控制芯片和实验芯片运行的电路。如图3所示，控制单元中的存储电路可以包括内存芯片，内存芯片例如为同步动态随机存储器(synchronous dynamic random access memory，sdram)，内存芯片与控制芯片通信连接，控制芯片在运行过程中可以从内存芯片中读取运行所用的数据，也可以将运行过程中的数据存储在内存芯片中，内存芯片也可以为其它类型的芯片，本实施例对此不做限制。
42.如图3所示，实验单元中的存储电路可以包括闪存芯片、第三随机存储器和第四随机存储器，闪存芯片例如为非易失性内存芯片(nor flash)，第三随机存储器和第四随机存储器例如为静态随机存取存储器(static random-access memory，sram)，闪存芯片可以存储实验芯片运行过程中使用的实验程序，第三随机存储器和第四随机存储器可以存储实验芯片运行过程中的临时数据。
43.如图3所示，第一稳压单元、第二稳压单元、第三稳压单元和第四稳压单元构成控制单元和实验单元的电源电路，第一稳压单元、第二稳压单元、第三稳压单元和第四稳压单元可以分别输出不同等级的供电电压，以为控制单元和实验单元提供不同等级的供电电压。通信电路中包括物理层芯片，物理层芯片的一端与控制芯片通信连接，另一端与pcie插头连接，控制芯片可以通过物理层芯片，采用tcp/ip协议与通信板通信连接。需要说明的是，控制单元和实验单元中也可以包括其它类型的外围电路，外围电路的具体类型和数量可以根据需求设置，本实施例对此不做限制。
44.可选地，第一连接器为插槽，第二连接器为插头时，插槽包括与插头中的第二电源端对应的第一电源端，插头包括与插槽中的第一电源端对应的第二电源端，通信板通过第一电源端向实验板提供电源，实验板通过第二电源端接收实验板通过第一电源端的供电。
45.在一种实施例中，当通信板中的第一连接器为插槽时，插槽中可以设置第一电源端，插头中设置有与第一电源端对应的第二电源端，当实验板中的插头插入插槽时，可以通过第一电源端为实验板提供电源。如图3所示，实验板中的插头比如pcie插头中可以设置第二电源端，相应的通信板中的插槽比如pcie插槽中也可以设置对应的第一电源端，当pcie插头插入pcie插槽时，可以获取pcie插槽提供的电源，并为电源电路中的第一稳压单元、第二稳压单元、第三稳压单元和第四稳压单元提供输入电压。实际应用中，当插槽和插头中包括对应的第一电源端和第二电源端时，通信板可以通过第一电源端向实验板提供电源，可以便于为实验板提供输入电压。
46.在一种实施例中，控制单元可以独立运行控制系统，为用户提供远程登录服务。结合图1-3，当用户需要进行远程实验时，用户可以编写用于控制实验芯片运行的实验程序，并将通信板连接的多个实验板中的一个实验板确定为目标实验板。然后，用户可以操作控制设备向目标实验板的ip地址发送登录请求，通过用户界面登录目标实验板运行的控制系统，用户界面显示在控制设备的显示屏中。此时，用户可以操作控制设备，向目标实验板的ip地址发送实验程序，由通信板根据ip地址，将实验程序转发给目标实验板。此时，目标实验板中的控制芯片可以将实验程序通过jtag接口烧录到实验芯片中。在实验程序烧录到实验芯片之后，控制芯片可以向控制设备发送反馈信息。此时，用户可以操作控制设备，向目标实验板的ip地址发送启动指令，目标实验板中的控制芯片在接收到启动指令之后，可以控制实验芯片启动，运行实验程序，由实验程序控制实验芯片运行。
47.其中，用户界面中可以显示虚拟元件，虚拟元件的状态与目标实验板中i/o端口的状态关联。例如，虚拟元件可以包括拨码开关、按键和发光二极管(light emitting diode，led)等。结合图3所示，符号sw对应的i/o端口的端口状态与拨码开关关联，符号btn对应的i/o端口的端口状态与按键关联，符号led对应的i/o端口的端口状态与led关联。当用户操作用户界面中虚拟的拨码开关，将拨码开关的状态置位为1时，控制设备可以向目标实验板发送拨码开关的第一状态信号，使目标实验板中的控制芯片将实验芯片中对应的i/o端口的状态置位为高电平，当用户操作用户界面中虚拟的拨码开关，将拨码开关的状态复位为0时，控制设备可以向目标实验板发送拨码开关的第二状态信号，使目标实验板中的控制芯片将实验芯片中对应的i/o端口的状态复位为低电平。同理，当用户点击用户界面中的虚拟的按键时，控制设备可以向目标实验板发送一个复位信号，目标实验板中的控制芯片向实验芯片中对应的i/o端口输入复位信号。同样的，控制芯片可以实时获取与虚拟的led对应的i/o端口的端口状态，然后向控制设备转发该i/o端口的状态值。对应的，控制设备在接收到i/o端口的状态值之后，根据状态值改变用户界面中虚拟的led的状态。在实验芯片基于实验程序运行的过程中，控制芯片可以实时获取i/o端口的端口状态，并向控制设备转发，并接收用户通过控制设备发送的实验指令，向实验芯片转发实验指令。实验指令即用户界面中拨码开关和/或按键的状态，i/o端口的状态信息即目标实验板的运行状态信息。用户具体通过控制设备远程控制实验板进行实验的方法可以包括但不限于上述举例，本实施例对此不做限制。
48.可选地，实验板中还包括实验存储芯片，实验单元和控制单元分别与实验存储芯片连接。
49.其中，实验单元与实验存储芯片连接，可以在运行过程中对实验存储芯片中的目标位置进行读写；控制单元与实验存储芯片连接，可以在实验板的运行过程中读取目标位置的存储数据，得到运行状态信息。
50.在一种实施例中，实验板中还包括实验存储芯片。如图3所示，实验存储芯片可以包括例如图3所示的第一随机存储器和第二随机存储器，第一随机存储器和第二随机存储器例如为sram。用户在编写实验程序的过程中，可以编写对实验存储芯片中的目标位置进行读操作的代码段，和/或编写对实验存储芯片中的目标位置进行写操作的代码段。实验芯片在运行实验程序的过程中，可以对实验存储芯片中的目标位置进行读操作和/或写操作。实验芯片和控制芯片同时与实验存储芯片通信连接，可以分别对实验存储芯片进行读操作
或写操作。在实验芯片启动运行之后，若实验芯片向目标位置写入了实验数据，用户可以操作控制设备，向控制芯片发送读指令，使控制芯片对实验存储芯片中的目标位置中存储的存储数据进行读取。相应的，控制芯片可以将读取到的存储数据转发给控制设备。控制设备可以在用户界面中显示接收到的存储数据。用户界面中显示的存储数据与实验数据相同，则可以确定实验芯片对目标位置的写操作正确，其中，控制设备在向实验板发送实验程序时，可以将实验程序中的实验数据存储在控制设备中，以在显示存储数据的同时，显示对应的实验数据。相反的，用户可以操作控制设备，使控制芯片向目标位置写入实验数据。同时，实验芯片可以从目标位置读取实验数据(即存储数据)，控制芯片可以从实验芯片获取实验芯片读取的存储数据，并将读取的存储数据转发给控制设备中的用户界面显示。若显示的存储数据与控制芯片写入的实验数据相同，则可以确定实验芯片对实验存储芯片的读操作正确。
51.本实施例中，实验板中设置实验存储芯片，可以使实验芯片对实验存储芯片进行读写操作，以对实验芯片的读写操作进行验证。
52.综上所述，本实施例中，通信板中包括多个第一连接器和远程通信装置，多个第一连接器中各个第一连接器分别用于与实验板的第二连接器配合连接，以实现实验板与通信板之间的通信连接；远程通信装置能够远程连接控制设备；多个第一连接器与远程通信装置可切换地连接。通信板可以同时连接多个实验板，可以向实验板转发实验程序，以及向远端的控制设备转发实验板的运行状态信息，完成实验板的远程实验。当实验板数量较多时，通过通信板可以将多个实验板统一连接到网络设备上，以通过网络设备实现控制设备与实验板之间的远程连接，可以简化连接。将多块实验板配合通信板，减少繁琐的线缆互联，实现无缆连接，减小实验设备体积。可以极大地提高空间、时间的利用率，也很大程度上提高了硬件资源的利用率。
53.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
54.尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。
55.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
56.以上对本实用新型所提供的一种远程实验设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。