Προσομοιωτής Plug-n-Play

«Φέρνοντας» τον αθέατο κόσμο ενός μικροεπεξεργαστή στην πραγματική ζωή

Αναβάθμιση από το χειροποίητο πρωτότυπο σύστημα, σε βιομηχανικά κατασκευασμένες μονάδες χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένα PCB.

Από τις οθόνες Seven segment και τις LCD, στις έγχρωμες οθόνες RGB Oled
Προγραμματιζόμενα LED και κουμπιά
Όλα τα μπλοκ είναι ακριβώς ίδια
Οποιοδήποτε μπλοκ (τουβλάκι), μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιαδήποτε ελεύθερη θέση στο motherboard
Χωρίς καλώδια

Ανακαλύψτε ένα καινοτόμο εργαλείο για την εκμάθηση μικροεπεξεργαστών:

Αναπτυξιακό ΚΙΤ Υλικοκεντρικού προσομοιωτή μικροϋπολογιστών (HOMSDK), βασισμένο στο έργο HOMS

Με μια ματιά

Μπλοκ (τουβλάκια) Plug-n-Play
Πανομοιότυπα μπλοκ
Ειδικά motherboards για τοποθέτηση των μπλοκ
Βασίζεται στην πλατφόρμα Arduino
Εύκολη αναπαραγωγή
Προσαρμοσμένα εκπαιδευτικά σενάρια
Κατάλληλο για εκπαιδευτές και ερευνητές στο πεδίο της εκπαίδευσης μηχανικών

Δείτε την άδεια

Κάθε εσωτερική μονάδα του μικροεπεξεργαστή
είναι υλοποιημένη ως ένα απλό πανομοιότυπο μπλοκ (τουβλάκι)

Καταχωρητές γενικής και ειδικής χρήσης
Αριθμητική & Λογική μονάδα (ALU) / SR και Μονάδα ελέγχου
Μνήμη - Σύστημα Ε/Ε

Εύκολη εγκατάσταση

Το motherboard έχει ενσωματωμένους διαύλους επικοινωνίας και γραμμές τροφοδοσίας
Ένα μπλοκ (τουβλάκι) μπορεί να συνδεθεί σε οποιαδήποτε ελεύθερη θέση
Δύο ή περισσότερα motherboard, μπορούν να συνδεθούν μέσω ειδικών κυκλωμάτων, τα οποία λειτουργούν ως γέφυρες
Κάθε motherboard διαθέτει τέσσερις θέσεις τοποθέτησης μπλοκ
Όλα τα συνδεδεμένα μπλοκ μπορούν να τροφοδοτηθούν από οποιαδήποτε σύνδεση USB κάποιου μπλοκ ή μέσω εξωτερικής τροφοδοσίας, η οποία συνδέεται στην ειδική υποδοχή (barrel jack)

Ειδικό λογισμικό προγραμματισμού και διαχείρισης υλικοκεντρικού προσομοιωτή

Έχει αναπτυχθεί ειδικό λογισμικό για τον έλεγχο του υλικοκεντρικού προσομοιωτή:

Έτοιμος κώδικας για κάθε μπλοκ (καταχωρητής, μονάδα ελέγχου, αριθμητική & λογική μονάδα, μονάδα μνήμης, κλπ)
Δυνατότητα μεταγλώττισης και μεταφόρτωσης του εκτελέσιμου κώδικα απευθείας στο Arduino του συνδεδεμένου μπλοκ (δεν απαιτείται η χρήση του Arduino IDE)
Ο χρήστης μπορεί να αναπτύξει το δικό του κώδικα και να κάνει στη συνέχεια τη μεταφόρτωση στο επιλεγμένο μπλοκ
Δυνατότητα αποτύπωσης πληροφοριών και δεδομένων από επιλεγμένο μπλοκ προς τον υπολογιστή για λόγους παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο
Ο έτοιμος κώδικας μπορεί να μεταβληθεί από τον χρήστη, ενώ υπάρχει και η δυνατότητα επαναφοράς στην αρχική έκδοση
Οι πιο προχωρημένοι χρήστες, μπορούν να ενημερώσουν αυτόματα ή χειροκίνητα το Arduino-CLI, στο οποίο βασίζεται η μεταγλώττιση και μεταφόρτωση
Δυνατότητα αυτόματης εισαγωγής εντολών ή προγράμματος Demo στη μνήμη, ώστε να μεταφορτωθεί στη μονάδα μνήμης του προσομοιωτή

Μοναδικά χαρακτηριστικά

Προσαρμόσιμη αρχιτεκτονική

Ο εκπαιδευτής ή ο εκπαιδευόμενος μπορεί να υλοποιήσει τη δική του αρχιτεκτονική χρησιμοποιώντας περισσότερα ή λιγότερα μπλοκ (φυσικά αντικείμενα).

Επαναχρησιμοποίηση των μπλοκ

Οι μονάδες του πειραματικού μικροεπεξεργαστή βασίζονται στην ίδια πλατφόρμα και η συμπεριφορά του καθορίζεται αποκλειστικά από το ενσωματωμένο λογισμικό.

Προγραμματιζόμενη λειτουργία

Βάσει του ενσωματωμένου λογισμικού, ένα μπλοκ μπορεί να λειτουργεί ως καταχωρητής, μονάδα ελέγχου, κλπ.

Πειραματική αρχιτεκτονική

Βάσει του αριθμού και του τύπου των μπλοκ, ο εκπαιδευτής ή ο εκπαιδευόμενος δοκιμάζει την πρωτότυπη αρχιτεκτονική ή διαιρεί μια λειτουργία σε μικρότερα στάδια και μπλοκ.

Ανάπτυξη εντολών Assembly

Μπορούν να αναπτυχθούν οι επιθυμητές εντολές Assembly, τις οποίες θα υποστηρίζει η πειραματική αρχιτεκτονική, ενώ προσφέρονται πολλαπλοί ρόλοι κατά την προσέγγιση του τελικού λειτουργικού μοντέλου: Προγραμματιστής/Χρήστης, Σχεδιαστής λογισμικού/υλικού, κλπ

Από την οπτική γωνία του υλικού

Το εργαλείο HOMS, δίνει έμφαση στο επίπεδο του υλικού, το οποίο είναι κρυμμένο στα υπάρχοντα εργαλεία προσομοίωσης. Έτσι, η «σύνδεση», εντολής, λειτουργίας και υλοποίησης στο υλικό είναι πιο ξεκάθαρη στο μυαλό των εκπαιδευόμενων

Πολλαπλές οπτικές γωνίες

Ο χρήστης του HOMS είναι ελεύθερος να αναπτ’υξει οποιαδήποτε εντολή assembly, η οποία υποστηρίζεται από το ενσωματωμένο λογισμικό.

Εκπαιδευτικά σενάρια

Χρησιμοποιώντας την βασική αρχιτεκτονική του εργαλείου HOMS, οι εκπαιδευτές μπορούν να αναπτύξουν τις επιθυμητές εντολές assembly, ώστε να διαμορφώσουν διαφορετικά εκπαιδευτικά σενάρια.

Standalone tool

Το εργαλείο HOMS δεν χρειάζεται υπολογιστή, αφού λειτουργεί αυτόνομα. Έτσι, αποτελεί ένα πιο φορητό εργαλείο για το εργαστήριο.

Εύκολη αναπαραγωγή

Οι μονάδες/εξαρτήματα υλικού του HOMS, μπορούν να βρεθούν εύκολα στην αγορά. Επίσης, η χρήση πανομοιότυπων μπλοκ, κάνει ευκολότερη τη διαδικασία αναπαραγωγής.

Ανοιχτότητα

Το κύριο πλεονέκτημα του εργαλείου HOMS είναι η αντικειμενοστρεφής προσέγγιση και η ανοιχτότητα του υλικού, δίνοντας ελεύθερα την ευκαιρία για υλοποίηση και πειραματισμό σε κάθε ενδιαφερόμενο.

VIDEO: Προγραμματίζοντας τα μπλοκ (τουβλάκια)

VIDEO: Εκτελώντας εντολές

Δείτε/Κατεβάστε αρχεία

Σύντομος οδηγός χρήσης του HOMS

Χάρτης συστήματος, λειτουργία μονάδας μνήμης, καταχώρηση δεδομένων, προφόρτωση κώδικα. Δείτε (PDF)

Δείτε/Κατεβάστε αρχεία από το Github

Github project

Άδεια

Αυτό είναι ένα open-source έργο υπό άδεια τύπου CC. Δείτε την άδεια σε αρχείο TXT ή δείτε την άδεια online

Δημοσίευση στο IEEE EDUCON 2024

Η πρώτη έκδοση παρουσιάστηκε στο διεθνές συνέδριο IEEE EDUCON2024, τον Μάϊο του 2024.Δείτε το αρχείο (PDF) || Το EDUCON 2024 στο web

Επιλεγμένη δημοσίευση (Προηγούμενη δουλειά)

P.M.Papazoglou, A Hybrid Simulation Platform for Learning Microprocessors, Computer Applications in Engineering Education, 10.1002/cae.21921, (pp 655-674) WILEY, 2018 online

Προηγούμενη δουλειά

A hybrid simulation platform for learning microprocessors

The proposed hybrid simulation platform (HSP) consists of hardware components which represent the uP architectural units and software components for system operation and administration.

Abstract

Modern engineering applications are based on microprocessors and microcontrollers. Thus, the microprocessor (uP) architecture constitutes a core course component in engineering education. Many technologies have been used by the Universities in the past 30 years for learning uPs. In the 1980s, hardware platforms have been used (e.g., MPF-I) for learning assembly programming in hexadecimal mode of popular microprocessor models. The above platforms have been replaced by software simulators where the uP components are represented by visual objects. The software based approaches have lack of uP architecture customization and are limited only in assembly programming. On the other hand, the existing hardware based tools are low level and very complicated. Thus, the students do not work on uP design and assembly language development. In this paper, a novel hybrid simulator platform which changes the educational point of view regarding the uP learning methodology is presented. The proposed hybrid simulation platform (HSP) consists of hardware components which represent the uP architectural units and software components for system operation and administration. Using the HSP, students freely select the uP hardware based components and build their own architecture. On the other hand, professors can create educational scenarios with customizable experimental architectures.

Publication