FPGA Tabanlı Uzaktan Programlanabilir ve Gözlemlenebilir Geliştirme Kartı Tasarımı ve Uygulaması
Öz
FPGA (Field Programmable Gate Array-Alanda Programlanabilir Kapı Dizisi) tabanlı uzaktan erişimli laboratuvarlar, tasarımcıların coğrafi kısıtlamalar olmaksızın internet ve bilgisayar ağları aracılığıyla, gerçek zamanlı olarak karmaşık sayısal devrelerin tasarlanması, kontrol edilmesi, sisteme ait sonuçların gözlemlenmesi ve izlenmesini sağlayan ileri düzey eğitim teknolojileridir. Sunulan bu çalışmada, yurt dışı bağımlılığı ve yüksek maliyetleri azaltmayı hedefleyen uzaktan erişimle programlanabilir ve gözlemlenebilir yerli bir FPGA geliştirme kartı tasarlanmıştır. Tasarım, Xilinx XC3S50AN FPGA çipi ve ESP32 mikrodenetleyicisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sunulan tasarım ile kullanıcılar, HTML ve JavaScript tabanlı bir web arayüzü üzerinden FPGA çipini programlayarak canlı yayın paneli aracılığıyla tasarıma ait çıktıları ve sistem davranışlarını gerçek zamanlı gözlemleyebilme olanağı elde etmektedirler. Tasarımı yapılan Python tabanlı sistem altyapısı ile sisteme yüklenen bit dosyaları FPGA çipine aktarılarak hızlı bir sistem prototipleme imkânı elde edilmektedir. Tasarlanan sistemin test edilmesi amacı ile seçilen çeşitli uygulamalar başarılı bir şekilde çalıştırılarak sistemin kararlılığı ve esnekliği doğrulanmıştır. Ek olarak yönetici, laboratuvar ve kullanıcı yetkilendirme tipleri, farklı erişim seviyeleri sunularak sistem güvenliği sağlanmıştır. Sunulan bu çalışma ile uzaktan erişilebilir, güvenilir, kullanıcı dostu, donanım esnekliği ve kullanıcı arayüzlerinin sadeleştirilmesi üzerine odaklanan, eğitim ve endüstri kullanıcılarının ihtiyaçlarına daha etkin cevap veren yerli bir FPGA tabanlı uzaktan programlanabilir ve gözlemlenebilir devre kartı tasarımı başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler
FPGA, Uzaktan Laboratuvar, Bulut Bilişim, Eğitim ve Uygulama Teknolojileri
Kaynakça
- Abanto, D., Carazas, V., Solis-Lastra, J., & Aramburu, C. (2022). Implementation of a Web-based Interface for Remote Access to a FPGA Board. Proceedings of the 2022 IEEE Engineering International Research Conference, EIRCON 2022, 1-4.
- Aitor, V. M., Garcia-Zubia, J., Angulo, I., & Rodriguez-Gil, L. (2022). Toward Widespread Remote Laboratories: Evaluating the Effectiveness of a Replication-Based Architecture for Real-World Multiinstitutional Usage. IEEE Access, 10, 86298-86317.
- Al Qassem, L. M., Stouraitis, T., Damiani, E., & Elfadel, I. M. (2020). A remote FPGA laboratory as a cloud microservice. Proceedings - IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 2020-October.
- Ali, S. A., Asif, R., Hina, S., & Fatima, Z. (2018). Cloud Based Remote FPGA Lab Platform: An Application of Internet of Things. Mehran University Research Journal of Engineering and Technology, 37(4), 535-544.
- Alçın, M., Tuna, M., Erdoğmuş, P., & Koyuncu, İ. (2021). FPGA-based dual core TRNG design using ring and Runge-Kutta-Butcher based on chaotic oscillator. Chaos Theory and Applications, 3(1), 20-28.
- Blochwitz, C., Grothe, P., Dreier, S., Aljnabi, W., Buchty, R., & Berekovic, M. (2022). RemEduLa-Remote Education Laboratory for FPGA Design Technology. Proceedings - IEEE International Symposium on Circuits and Systems, 2022-May, 1773-1777.
- Choi, S., & Yoo, H. (2020). Fast Logic Function Extraction of LUT from Bitstream in Xilinx FPGA. Electronics 2020, Vol. 9, Page 1132, 9(7), 1132.
- Çelik, K. (2021). Bulut Bilişim Teknolojileri. Bartın Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 12(24), 436-450.
- Dağcı, B., & Koyuncu, İ. (2024). FPGA Tabanlı Uzaktan Laboratuvar Uygulamaları. Içinde 5. Bilsel International Sumela Scientific Researches Congress (609-622). Trabzon: Bilsel Yayınları.
- De Jesús Navas-González, R., Oballe-Peinado, Ó., Castellanos-Ramos, J., Rosas-Cervantes, D., & Sánchez-Durán, J. A. (2022). Digital Electronics Practice Projects for an FPGA-based Remote Laboratory. 15th International Conference of Technology, Learning and Teaching of Electronics, TAEE 2022 - Proceedings.