海云捷迅助力高校FPGA实验教学改革

一、项目背景：

山西某大学作为教育部批准建设的首批35所高校 “人工智能” 本科新专业之一，该专业致力于面向智慧医疗、智慧城市、智能制造、智能驾驶等应用领域，培养具备良好工程职业道德、社会责任感与人文科学素养，掌握体育基本知识，系统掌握信息智能感知和人工智能基本理论与方法，实践与创新能力兼具的复合型工程技术人才。其主干学科涵盖信息与通信学科、计算机学科，主要课程包括电路原理、机器学习等一系列丰富课程。学生毕业后，就业方向广泛，可在科研院所、企业等多部门从事人工智能领域相关工作。

在此背景下，本项目聚焦于建设人工智能边缘实验平台并提供FPGA课程资源，旨在提升FPGA实验教学效率，完善专业课程资源建设。

二、客户痛点：

信息与通信工程学院人工智能专业在FPGA相关实验教学中，传统基于FPGA开发板在桌面端开展实验的方式，暴露出诸多问题：

教学管理繁琐低效：教师需负责FPGA开发板实物的发放、回收与管理，过程极为繁琐，且缺乏有效实验监控与指导手段，导致教学效率低下。

时空限制突出：实验受限于实验室空间与时间，学生使用FPGA开发板时间短，不利于实践能力提升，同时开发板资源使用效率不高。

硬件损耗严重：学生使用过程中易造成FPGA开发板磕碰、短路等问题，硬件损耗成本高。

此外，为满足人工智能专业人才培养需求，学院期望基于FPGA建设《专用集成电路设计》《嵌入式操作系统设计》等专业课程。

三、解决方案：

• 人工智能边缘实验平台

此平台将多个边缘算力板卡置于服务器机箱，构建边缘算力资源池，为其供应电源并分配网络资源。借助SOC网络技术与远程调试技术，用户可通过云接入远程开展程序设计、调试等工作，解决现场教学开发板管理难题。其具备诸多特点：

便捷部署：采用标准机架式机箱，方便安装部署。

统一管理与服务：开发板统一管理，规范整洁，提供 7×24 小时服务。

高集成度：单台设备最大支持 20 个学生同时在线实验。

远程访问：基于IP的远程访问方式，突破空间限制。

虚拟仿真：板卡远程虚拟仿真，提供与现场调试一致的开发调试体验。

技术支持全面：支持Intel SoC FPGA远程在线程序设计等，兼容 Quartus开发套件。

专利技术保障：独有专利技术支持开发板远程修复，可远程修复及重置操作系统镜像。

丰富实验支持：支持OpenCL、HLS、百度PaddlePaddle模型部署等实验。

质量可靠：通过省级检测机构可靠性检验测试。

该平台主要用于高校电子、通信、计算机类专业实验室教学，师生通过网络登录系统即可使用资源并管理实验内容。为客户带来显著价值：解决开发板管理难题与硬件损伤风险，解放教师繁琐工作，为学生提供全天候实验资源访问。同时，平台配套丰富实验案例资源，涵盖EDA基础、人工智能高阶等多种实验。

• 课程及实验资源

为完善专业课程资源，项目提供三门实验课程资源：

《可编程逻辑器件及应用》：介绍可编程逻辑器件发展历程、FPGA 架构、设计方法、Quartus Prime开发工具流程，以及TCL脚本语言基础与简单FPGA设计入门。

《基于FPGA的高级应用开发》：主要讲解OpenCL和HLS两种高级开发语言。

《基于FPGA的SoC设计》：涵盖Linux基础知识与基于FPGA的片上系统设计。

四、校企合作服务：

海云捷迅为高校人工智能专业建设提供全方位服务，包括师资培训、课程共建、竞赛支持、认证考试等。基于本项目，校企双方将合作建设《专用集成电路设计》《嵌入式操作系统设计》等专业课程。

五、成效：

目前，系统已完成建设并整体交付，同时提供相关师资培训。该系统为专业人才培养提供有力支撑，提升实验教学水平，提供完善的FPGA实验课程资源，为学校教师进一步建设完善课程资源与实践案例奠定基础。