实验作为加深学生对理论知识的理解,培养学生动手实践能力的重要手段,近年来正在得到各大高校的重视。远程虚拟实验是一种高效灵活的实验方式,不仅解决了传统实验模式存在的问题,而且加快了实验室的建设和共享。目前国内外出现了一些远程实验系统,但是多数远程实验系统虽然允许用户在客户端上远程控制实验板,但是存在着一些不足,主要表现在:第一,无法实时的控制实验设备并呈现实验数据和现象;用户需要将所有操作写成激励文件发送到服务端统一处理,等待返回实验结果;第二,实验现象通过摄像头录制视频发送给用户观察调试,只能观察到表面现象,无法展示内部实现原理,同时还增加了建设成本;第三,多数采用单体架构,可用性和并发性较差。因此本课题在对远程虚拟实验系统长时间研究和分析的基础上结合先进的网络平台开发技术,设计开发了远程CPU虚拟实验平台。该平台采用分布式架构设计,用户可以设计开展丰富多样FPGA实验。本文的主要工作包括以下几个方面:第一,调查研究远程实验新技术,结合实际情况,完成了远程实验平台的技术选型和需求分析,并在此基础上提出了平台的总体设计方案。为了提高平台可用性和并发性,提升平台的整体性能,平台采用分布式架构,对远程虚拟实验平台进行了系统拆分、数据库读写分离、整合Redis缓存等工作。第二,研究设计了远程实验平台CPU实验功能。研究制定了CPU实验的虚拟面板文件标准,实现了用户可以灵活地设计开展实验。设计了层次清晰的实验数据交互流程,降低了耦合度和程序的复杂性。为了保证主控存数据读写的效率和稳定性,设计了主控存数据可靠读写策略。为了避免繁杂的计算,提高实验效率,设计了微指令编码器和汇编指令自动转机器码功能。采用“定时轮询”和排队系统管理实验板的分配和回收,提高的实验板的使用效率;利用AOP机制,实现了实验日志的高效管理。第三,设计并实现了通用信息流实时绘制算法,可以实时的展示CPU内部的执行过程。该算法根据控制信号控制的数据通路的数量对控制信号进行分类处理,得到含有杂质的信息流;再根据控制信号的绑定过滤杂质得到最终参与绘制的信息流。通用信息流实时绘制算法解决了含多路器的数据通路信息流无法绘制的问题,适用于多种类型的CPU。最后对平台进行了测试和验证。从测试结果和教学中实际使用情况看,平台运行可靠,满足设计需求,拥有较高的可用性和并发性。