使用 LabsLand Prism4 的遠端硬體系統

什麼是遠端實驗室？

遠端實驗室或遠端硬體系統是一種硬體和軟體系統，用於教育和培訓用途時，可讓學生存取位於網際網路其他位址的真實設備。遠端實驗室也稱為遠端存取實驗室或網路實驗室等。學生或學員通常只需網頁瀏覽器，即可隨時隨地存取設備。

以 FPGA 遠端實驗室為例，學生可以在從中控制真實的 FPGA (本例為含 Altera FPGA 的 DE1-SoC)。他們可以編寫 HDL 程式碼、在線上合成，並將設計傳送到 LabsLand 網路中的其中一個 FPGA 遠端實驗室。隨後，學生可與 FPGA 即時互動，同時透過即時視訊串流，觀察電路板和實驗輸出：

(圖片來源：Pablo Orduña)

學生可以使用網頁瀏覽器與真實的 FPGA 即時互動。

遠端實驗室的歷史

自 1990 年代中期以來，已有許多此類系統的記載，以及涉及遠端工程、化學、物理、機器人、生物學和其他實驗室的各種措施。從那時起，LabDiscoveryEngine/WebLab-Deusto、iLab、Labshare、RexLab 等開源軟體解決方案即針對建立遠端實驗室軟體進行設計。

然而，在硬體方面，大多數遠端實驗室都是從無到有。這導致解決方案非永續、無法擴展，但仍然耗時且昂貴，並且阻礙大學建立自己的實驗室。

什麼是 Prism4？

LabsLand Prism4 是 LabsLand 和 DigiKey 的新產品。這是一種模組化的硬體和軟體產品，作為鷹架，建立和部署遠端實驗室，並具有模組化結構，配備攝影機、照明系統、模組化電源管理系統、光擴散系統、光幕。這些組件共同提供可高度自訂的環境，以打造遠端實驗室。例如，下圖是空的 LabsLand Prism4，沒有前後光幕：

(圖片來源：Pablo Orduña)

Prism4 可以獨立使用，空的產品可讓研究人員自行建立遠端實驗室，或與 LabsLand 合作，建立自訂解決方案。LabsLand Prism4 也可同時提供既有的 Prism4 硬體系統。例如，在上述 DE1-SoC 範例中，Prism4 硬體系統搭載兩個如圖的 Phase Dock 工作台板 (不含 FPGA) 以及示波器、支援 4 個 FPGA 的 VGA，音訊支援等功能：

(圖片來源：Pablo Orduña)

在 Prism4 中安裝 Prism4 硬體系統非常簡單：將 4 條纜線從工作台板插入 Prism4，接著完成軟體註冊後，即可使用遠端實驗室。

下圖展示在 ECEDHA 2024 會議上配備 4 個 DE1-SoC 的完整 Prism4：

(圖片來源：Pablo Orduña)

針對有意使用遠端實驗室的講師或培訓人員

選項 1：購買授權。

若講師和培訓人員想要立即存取和使用遠端實驗室，可輕鬆從 DigiKey 購買授權。此授權包括存取 LabsLand 網路中的各種實驗室，如 DE1-SoC FPGA、STM32 板或 Arduino 機器人和板或Electronics。不需要任何硬體，也可以為學生購買存取授權。LabsLand 會為組織建立一個機構空間，學生可以透過該空間存取計畫。

選項 2：購買自用 Prism4。

或者，教師可以購買 Prism4 結構並將其安裝在設施中。與僅購買授權相比，此選項有幾個優點：

• 學生將可優先存取自己的設備，此外，還可以存取 LabsLand 網路中其他相同設備
• 學生可看到他們大學的標誌
• 學生可以自訂實驗室

這兩種選項都包括用於實驗室的各種週邊裝置，以及與 Canvas、Blackboard、Moodle、分析等學習管理系統的整合。

(圖片來源：Pablo Orduña)

針對有意建立自訂遠端實驗室的研究人員

研究人員若要建立遠端實驗室，可以購買空的 Prism4，使用 Phase Dock 工作台板打造不同類型的遠端實驗室。例如，華盛頓大學的 Remote Hub Lab 使用 Red Pitaya 和 ADALM Pluto，開發一個軟體定義無線電遠端實驗室。此團隊使用五個 LabsLand Prism4 結構，每個結構都有四個 Phase Dock 工作台板。

在計畫文件網站上，您可以找到 RHLab 如何設計納入 SDR 裝置的 3D 零件，並將其安裝在 Prism4 中的影片。同樣地，其他大學也可以使用 Prism4 建立獨特的遠端實驗室。