DL07_CPD結(jié)構(gòu)示意圖。由于以上介紹的4教材中大量的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及許多不同類型的，可自由增減的擴(kuò)展模塊，主系統(tǒng)平臺(tái)上有許多標(biāo)準(zhǔn)接口。以其為核心，對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，可接插上對(duì)應(yīng)的接口模塊。如VGA/PS2模塊、TFT數(shù)字彩色液晶模塊、USB模塊、寬位數(shù)據(jù)輸入輸出模塊、SD卡模塊、點(diǎn)陣液晶模塊、各類存儲(chǔ)器模塊、各類A/D與D/A模塊及各類鍵盤模塊等；這些模塊可以是現(xiàn)成的，也可以根據(jù)主系統(tǒng)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)接口和創(chuàng)新要求由教師或?qū)W生自行開發(fā)。

     通常，諸如EDA技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多數(shù)是整體結(jié)構(gòu)型的，雖也可完成多種類型實(shí)驗(yàn)，但由于整體結(jié)構(gòu)不可變動(dòng)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和類型是預(yù)先設(shè)定和固定的，很難有自主發(fā)揮的余地，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)新思想與創(chuàng)新設(shè)計(jì)如果與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不吻合，便無(wú)法在此平臺(tái)上獲得驗(yàn)證；同樣，教師若有新的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也無(wú)法及時(shí)融入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)供學(xué)生發(fā)揮。因此此類平臺(tái)不具備可持續(xù)拓展的潛力，也沒有隨需要更新和升級(jí)的能力。特別是針對(duì)EDA/SOPC的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，涉及的自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目更多，結(jié)構(gòu)變化更大，系統(tǒng)更復(fù)雜，*不可能預(yù)知后設(shè)計(jì)出的創(chuàng)新項(xiàng)目應(yīng)該包含哪些功能結(jié)構(gòu)和接口模塊。顯然，多模塊自由組合結(jié)構(gòu)給出了的解決方案。

模塊化結(jié)構(gòu)給出了的解決方案：

○ 在創(chuàng)新實(shí)踐中，能提供構(gòu)建計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的邏輯資源和存儲(chǔ)器資源，豐富到足以涵蓋學(xué)生的創(chuàng)造力所及的任何形式和規(guī)模設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

○ 在外圍接口方面，除大量豐富的接口模塊，如VGA、PS2、USB、SD卡、RS232串口、語(yǔ)音處理、AD/DA等等現(xiàn)成的模塊外，還提供能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)者隨時(shí)根據(jù)自己的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)需要，自主安排和設(shè)計(jì)新功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口。

○ 從該教材多數(shù)章節(jié)也能看出，特別是對(duì)于CPU設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)定位于大規(guī)模邏輯容量的FPGA，在硬件測(cè)試，軟件調(diào)試，軟硬件聯(lián)合開發(fā)與測(cè)試方面，以及微指令系統(tǒng)的實(shí)時(shí)編輯調(diào)試是十分必須的，特別是基于Quartus II平臺(tái)的強(qiáng)大的測(cè)試工具，如Signal Tap II、In-System Sources and Probes 和In-System Memory Content Editor等具有不可替代的功能。

因此，類似模塊自由組合型創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，已成為高校目*分流行的實(shí)踐平臺(tái)。

特別指出：KX_CPD55系統(tǒng)在除了適用于此教材中涉及的所有實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐外，還能很專業(yè)地包涵諸如數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)、VHDL/Verilog硬件描述語(yǔ)言應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、SOPC開發(fā)、微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)及8088/8086/8051 IP核的SOC片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

圍繞《現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理》第2版教材的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，

基于單片大規(guī)模FPGA所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)和SOC設(shè)計(jì)類型包括：

型號(hào):DL07-CPD4E22完成以下實(shí)驗(yàn)：

▲ 基于狀態(tài)機(jī)控制指令的16位CISC CPU設(shè)計(jì)與測(cè)試,包括CPU創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)踐項(xiàng)目；

▲ 基于流水線架構(gòu)的16位RISC 精簡(jiǎn)指令CPU設(shè)計(jì)，與相關(guān)實(shí)驗(yàn)；

▲ 基于32位Nios II嵌入式處理器和Qsys開發(fā)環(huán)境的SOPC實(shí)驗(yàn)與開發(fā)；

▲ 基于Open RISC 1200系列的32位RISC處理器嵌入式SOC系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與開發(fā)；

▲ 基于8088/8086 IP核的微機(jī)SOC系統(tǒng)，以及8253定時(shí)器IP核、8237 DMA IP核、8259中斷控制IP核、8255可編程I/O IP核和8250 UART串行通信IP軟核構(gòu)建的SOC微機(jī)系統(tǒng)；此FPGA內(nèi)部SRAM中含BIOS啟動(dòng)ROM、顯示緩存、PS2緩存等；能啟動(dòng)MS-DOS操作系統(tǒng)和Windows操作系統(tǒng)，在VGA顯示器上用PS2鍵盤和鼠標(biāo)完成DOS和部分Windows命令及運(yùn)行各種基于命令行的傳統(tǒng)軟件與視窗軟件。

▲ 基于8051單片機(jī)IP核的SOC片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)。

利用QuartusII的In-System Sources and Probes實(shí)時(shí)測(cè)試載入FPGA中的8位模型機(jī)執(zhí)行指令的波形其中的M、uA、RAM、BUS、WE分別是微指令、微地址、存儲(chǔ)器、總線數(shù)據(jù)、RAM寫允許等信號(hào)

利用在系統(tǒng)工具In-System Memory Content Editor實(shí)時(shí)測(cè)試8位模型機(jī)硬件系統(tǒng)中的ROM和RAM數(shù)據(jù)

利用嵌入式邏輯分析儀對(duì)載入FPGA中的16位CPU的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試的波形和數(shù)據(jù)

對(duì)于加法指令和存數(shù)指令在16位CPU中的執(zhí)行情況的仿真波形片段

DL07-CPD4E22配置如下：

一、基本平臺(tái)

編號(hào):A 主系統(tǒng)

☆此平臺(tái)多可同時(shí)插12 塊模塊板。

☆ KX_USB-Blaster2型雙功能編程器：(1)USB-Blaster編程下載功能(支持AS、PS、JTAG模式):1、對(duì)FPGA/CPLD進(jìn)行配置或編程；2、對(duì)配置器件EPCSx編程；3、訪問和編輯FPGA內(nèi)部RAM；4、調(diào)試Nios2，完成SOPC設(shè)計(jì)；5、支持SignalTapII 嵌入式邏輯分析儀。

(2)USB到UART串行通信轉(zhuǎn)換：1、通過USB與FPGA串行通信，實(shí)現(xiàn)PC與FPGA的串行通信，且無(wú)需RS232電平轉(zhuǎn)換；2、通過USB與單片機(jī)的串行通信，實(shí)現(xiàn)PC與通用單片機(jī)的UART串行通信；3、通過USB

對(duì)STC等系列單片機(jī)進(jìn)行直接編程開發(fā)，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。

☆ ByteBlasterMV編程器一個(gè)（可對(duì)isp單片機(jī)編程）。

☆ 5功能智能邏輯筆：可顯示高電平、低電平、中電平、高阻態(tài)、脈沖信號(hào)。注意有“高阻態(tài)”測(cè)試功能。

☆ 獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率20個(gè)。20MHZ-0.5HZ。

☆ 電源有自動(dòng)保護(hù)的+5V，+12V、-12V、、+3.3V、2.5V+、1.2V。

☆ 8個(gè)LED放光二級(jí)管，8個(gè)乒乓開關(guān)，揚(yáng)聲器。

☆ DDS信號(hào)輸出口及幅度、偏移調(diào)諧。

○ 基本軟件：1）Quartus II 9.0/11.0；2）ModelSim；3）Synplify；4）IDE；5）8051單片機(jī)IP核；6）8088/8086 CPU IP核；7）8088/8086微機(jī)系統(tǒng)接口模塊IP核：8253核、8237核、8259核、8255IP核和8250等IP核；8）Nios II和64MSRAM

★ 完成五大類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

一、計(jì)算機(jī)組成原理與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)類：

◇ 算術(shù)運(yùn)算器、ROM、單雙口RAM、FIFO、FPGA外部RAM/Flash存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)；

◇ 微控制器時(shí)序電路、乘法累加器設(shè)計(jì)、程序計(jì)數(shù)器與地址寄存器；

◇ 微控制器設(shè)計(jì)、總線控制器、鎖相環(huán)應(yīng)用、嵌入式邏輯分析儀應(yīng)用等；

◇ 8位微程序控制的模型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。包括CPU設(shè)計(jì)，硬件指令設(shè)計(jì)，軟硬件聯(lián)合開發(fā)等；

◇ 基于FPGA的片上系統(tǒng)（SOC）的MCS-51單片機(jī)IP核實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

◇ 基于狀態(tài)機(jī)的完整16位CPU設(shè)計(jì)。包括CPU設(shè)計(jì)，硬件指令設(shè)計(jì)，軟硬件聯(lián)合開發(fā)，SOC實(shí)現(xiàn)等；

◇ 基于流水線構(gòu)架的16位RISC CPU設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)實(shí)驗(yàn)；

◇ 基于FPGA的片上系統(tǒng)32位OPEN RISC軟核嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)；

◇ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。

二、硬件描述語(yǔ)言HDL與EDA/SOPC技術(shù)類實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。如移位相加硬件乘法器設(shè)計(jì)、用流水線技術(shù)設(shè)計(jì)高速數(shù)字相關(guān)器、線性反饋移位寄存器設(shè)計(jì)、VGA圖像顯示控制器設(shè)計(jì)、直接數(shù)字式頻率合成器設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)。

三、基于單片F(xiàn)PGA的8086/8088 CPU核，8253/8254 IP核（定時(shí)器）；8250 IP核（UART串行通信）；8237 IP核（DMA控制器）；8259 IP核（可編程中斷控制器），鎖相環(huán)核等經(jīng)典IBM計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于8086/8088核的全兼容性，傳統(tǒng)微機(jī)原理及微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)中的C和8086匯編程序都能直接由該核運(yùn)行，完成基于EDA技術(shù)的微機(jī)原理及微機(jī)接口方面的部分實(shí)驗(yàn)。

四、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)及開發(fā)。能承擔(dān)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中許多設(shè)計(jì)題目的培訓(xùn)任務(wù)，進(jìn)一步強(qiáng)化計(jì)算機(jī)學(xué)生基于現(xiàn)代電子技術(shù)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

五、基于MATLAB和DSP Builder的全硬件高速DSP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)（需要增配多通道超高速ADC/DAC適配板）。