DL07_CPD結構示意圖。由于以上介紹的4教材中大量的實驗和設計項目涉及許多不同類型的，可自由增減的擴展模塊，主系統(tǒng)平臺上有許多標準接口。以其為核心，對于不同的實驗設計項目，可接插上對應的接口模塊。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、點陣液晶模塊、各類存儲器模塊、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)平臺的標準接口和創(chuàng)新要求由教師或學生自行開發(fā)。

     通常，諸如EDA技術、計算機組成與設計、微機原理與接口技術、單片機技術等傳統(tǒng)實驗平臺多數(shù)是整體結構型的，雖也可完成多種類型實驗，但由于整體結構不可變動，實驗項目和類型是預先設定和固定的，很難有自主發(fā)揮的余地，對于學生的創(chuàng)新思想與創(chuàng)新設計如果與實驗系統(tǒng)的結構不吻合，便無法在此平臺上獲得驗證；同樣，教師若有新的創(chuàng)新型實驗項目，也無法及時融入實驗系統(tǒng)供學生發(fā)揮。因此此類平臺不具備可持續(xù)拓展的潛力，也沒有隨需要更新和升級的能力。特別是針對EDA/SOPC的創(chuàng)新實驗，涉及的自主設計項目更多，結構變化更大，系統(tǒng)更復雜，*不可能預知后設計出的創(chuàng)新項目應該包含哪些功能結構和接口模塊。顯然，多模塊自由組合結構給出了的解決方案。

模塊化結構給出了的解決方案：

○ 在創(chuàng)新實踐中，能提供構建計算機內部結構的邏輯資源和存儲器資源，豐富到足以涵蓋學生的創(chuàng)造力所及的任何形式和規(guī)模設計項目。

○ 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、語音處理、AD/DA等等現(xiàn)成的模塊外，還提供能適應實驗者隨時根據(jù)自己的創(chuàng)新實驗需要，自主安排和設計新功能模塊的標準接口。

○ 從該教材多數(shù)章節(jié)也能看出，特別是對于CPU設計，將實驗硬件平臺定位于大規(guī)模邏輯容量的FPGA，在硬件測試，軟件調試，軟硬件聯(lián)合開發(fā)與測試方面，以及微指令系統(tǒng)的實時編輯調試是十分必須的，特別是基于Quartus II平臺的強大的測試工具，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)新設計綜合實驗系統(tǒng)，已成為高校目*分流行的實踐平臺。

特別指出：KX_CPD系統(tǒng)在除了適用于此教材中涉及的所有實驗和創(chuàng)新實踐外，還能很專業(yè)地包涵諸如數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)設計實驗、EDA技術實驗、VHDL/Verilog硬件描述語言應用實驗、SOPC開發(fā)、微機原理與接口技術實驗及8088/8086/8051 IP核的SOC片上系統(tǒng)設計等。

圍繞《現(xiàn)代計算機組成原理》第2版教材的實驗和創(chuàng)新實踐項目，

基于單片大規(guī)模FPGA所能實現(xiàn)的實驗和SOC設計類型包括：

型號:DL07-CPD40完成以下實驗：

▲ 基于狀態(tài)機控制指令的16位CISC CPU設計與測試,包括CPU創(chuàng)新設計競賽實踐項目；

▲ 基于流水線架構的16位RISC 精簡指令CPU設計，與相關實驗；

▲ 基于32位Nios II嵌入式處理器和Qsys開發(fā)環(huán)境的SOPC實驗與開發(fā)；

▲ 基于Open RISC 1200系列的32位RISC處理器嵌入式SOC系統(tǒng)實驗與開發(fā)；

▲ 基于8088/8086 IP核的微機SOC系統(tǒng)，以及8253定時器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軟核構建的SOC微機系統(tǒng)

▲ 基于8051單片機IP核的SOC片上系統(tǒng)設計系列實驗。

利用QuartusII的In-System Sources and Probes實時測試載入FPGA中的8位模型機執(zhí)行指令的波形其中的M、uA、RAM、BUS、WE分別是微指令、微地址、存儲器、總線數(shù)據(jù)、RAM寫允許等信號

利用在系統(tǒng)工具In-System Memory Content Editor實時測試8位模型機硬件系統(tǒng)中的ROM和RAM數(shù)據(jù)

利用嵌入式邏輯分析儀對載入FPGA中的16位CPU的運行情況進行實時測試的波形和數(shù)據(jù)

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

DL07-CPD40配置如下：

一、基本平臺

編號:A 主系統(tǒng)

☆此平臺多可同時插12 塊模塊板。

☆ DL07_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FPGA/CPLD進行配置或編程；2、對配置器件EPCSx編程；3、訪問和編輯FPGA內部RAM；4、調試Nios2，完成SOPC設計；5、支持SignalTapII 嵌入式邏輯分析儀。

(2)USB到UART串行通信轉換：1、通過USB與FPGA串行通信，實現(xiàn)PC與FPGA的串行通信，且無需RS232電平轉換；2、通過USB與單片機的串行通信，實現(xiàn)PC與通用單片機的UART串行通信；3、通過USB

對STC等系列單片機進行直接編程開發(fā)，無需電平轉換。

☆ ByteBlasterMV編程器一個（可對isp單片機編程）。

☆ 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。注意有“高阻態(tài)”測試功能。

☆ 獨立的標準時鐘頻率20個。20MHZ-0.5HZ。

☆ 電源有自動保護的+5V，+12V、-12V、、+3.3V、2.5V+、1.2V。

☆ 8個LED放光二級管，8個乒乓開關，揚聲器。

☆ DDS信號輸出口及幅度、偏移調諧。

○ 基本軟件：1）Quartus II 9.0/11.0；2）ModelSim；3）Synplify；4）IDE；5）8051單片機IP核；6）8088/8086 CPU IP核；7）8088/8086微機系統(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

★ 完成五大類實驗項目

一、計算機組成原理與計算機體系結構類：

◇ 算術運算器、ROM、單雙口RAM、FIFO、FPGA外部RAM/Flash存儲器實驗；

◇ 微控制器時序電路、乘法累加器設計、程序計數(shù)器與地址寄存器；

◇ 微控制器設計、總線控制器、鎖相環(huán)應用、嵌入式邏輯分析儀應用等；

◇ 8位微程序控制的模型計算機的設計與實現(xiàn)。包括CPU設計，硬件指令設計，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IP核實驗與設計

◇ 基于狀態(tài)機的完整16位CPU設計。包括CPU設計，硬件指令設計，軟硬件聯(lián)合開發(fā)，SOC實現(xiàn)等；

◇ 基于流水線構架的16位RISC CPU設計及計算機體系結構相關實驗；

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

◇ 計算機系統(tǒng)創(chuàng)新設計與實驗。

二、硬件描述語言HDL與EDA/SOPC技術類實驗和設計。如移位相加硬件乘法器設計、用流水線技術設計高速數(shù)字相關器、線性反饋移位寄存器設計、VGA圖像顯示控制器設計、直接數(shù)字式頻率合成器設計等實驗。

三、基于單片F(xiàn)PGA的8086/8088 CPU核，8253/8254 IP核（定時器）；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)核等經典IBM計算機系統(tǒng)設計。由于8086/8088核的全兼容性，傳統(tǒng)微機原理及微機接口實驗中的C和8086匯編程序都能直接由該核運行，完成基于EDA技術的微機原理及微機接口方面的部分實驗。

四、全國大學生電子設計競賽培訓及開發(fā)。能承擔大學生電子設計競賽中許多設計題目的培訓任務，進一步強化計算機學生基于現(xiàn)代電子技術的硬件系統(tǒng)設計能力。

五、基于MATLAB和DSP Builder的全硬件高速DSP系統(tǒng)實驗和設計（需要增配多通道超高速ADC/DAC適配板）。