虚拟机技术在eda实验教学中的应用

1 / 5虚拟机技术在 EDA 实验教学中的应用【摘要】针对目前高校实验室由于硬件条件限制以及管理不便等问题，从虚拟化技术实际应用与发展状况出发，提出一种利用虚拟技术实现 EDA 软件实验教学的应用，挖掘了现有设备的潜力，提高了设备的利用率。 【关键词】虚拟机；EDA 实验；VMware 1 引言 目前，我国高校招生规模不断扩大，学生越来越多，而教学经费的投入无法满足学生数量增加的要求，根据实践教学的需要，如何利用有限的计算机资源成为各个学校亟待解决的问题。通常大型 EDA 软件的教学对实验条件的要求比较高，由于硬件条件的限制，课堂上教师一般采取课堂演示或以讲代练的方式进行教学，大大影响了教学效果。虚拟机是一种软件和硬件结合，利用操作系统或专用硬件提供的功能创建了供操作系统或其他软件运行的平台，使得其他软件或者操作系统能够在现有的操作系统或软件平台下直接运行。所谓虚拟计算机(简称虚拟机)，实际上就是一种应用软件，广义上来说 Word、WPS 也算是虚拟机，只不过从功能上来说它们是只能做文字处理而已。狭义的2 / 5虚拟机软件 VMware 实际上也只是一种应用软件，其特别之处在于，由它创建的虚拟机与真实的计算机几乎一模一样，不但虚拟有自己的 CPU、内存、硬盘、光驱，甚至还有自己的 BIOS。在这个虚拟机上，可以安装 Windows、Linux 等真实的操作系统及各种应用程序。 就如何利用虚拟技术构建虚拟计算机实验系统，以及该系统在计算机实验教学中的实际运用等方面做了一定的研究。其目的是改进 EDA 软件实验的教学方式和方法，为学生提供一个虚拟实验环境，改善教学质量。 2 虚拟机软件 VMware 简介 VMwareWorkstation 是 VMware 公司出品的一款虚拟机软件。利用这款虚拟机软件，在不需要重新开机就可以在一台 PC 机上同时运行多个操作系统。与以往在同一台 PC 机上安装多个操作系统不同，VMwareWorkstation 可以在一台实体机器上同时运行多种操作系统与应用程序，这些操作系统与应用程序共用硬件装置，但在逻辑上各自独立远行互不干扰，人们可以与对待标准的 Windows 程序一样在多个操作系统之间进行来回切换，而不需要重新启动机器。 VMware 的虛拟层映射实体的硬件资源到自己本身的虛拟机器资源，因此每个虛拟机器都有各自的 CPU、内存、硬盘、I/O 设备等，所以虛拟机器完全等同于一个标准的 x86 计算机。 3 / 5最值得关注的是 VMware 强大的网络功能，可将多个虚拟机连接在一起，组建一个虚拟网，这个网络的行为与真实的网络完全一致，而且不用担心损坏虚拟网卡和虚拟交换机。 3 虚拟实验系统的设计与实现 目前，各个高校都开设了 EDA 软件实验课程，但是对于大型 EDA 软件实验，往往需要运行在服务器上，造成了学生在学习过程中对实验室服务器的依赖程度较高，以至于在理论教学环节中，大型 EDA 软件无法在课堂上进行演示，大大地影响了教学效果。同时，由于一般实验室用与教学的服务器最多两台，导致在实际实验教学环节中，一旦服务器工作不稳定，就可能导致教学事故。此外，服务器的维护工作量较大，一旦发生意外操作，可能导致实验系统瘫痪。 由于当今主要的大型 EDA 软件如 Cadence，Synopsys 等，对运行环境的要求主要是 UNIX，Linux 等操作系统，而目前的实验室 PC 机上安装的大多是 Windows 操作系统，无法满足这些大型 EDA 软件的运行条件。 针对这种情况，利用虚拟技术在普通 PC 机上安装 Linux操作系统并在该环境下开展 EDA 软件实验，减少了实验教学过程中对服务器过多的依赖，方便了 EDA 软件的课堂演示。以 Cadence 设计软件为例，以下介绍如何利用虚拟技4 / 5术完成 EDA 软件实验系统。 虚拟机环境下的 Linux 系统 首先在 VMware 虚拟机环境下利用向导新建一个虚拟机，操作系统类型选择 RedHatLinux，并对虚拟机硬件进行配置。在新建虚拟机完成后即可在该虚拟机中安装 Linux 操作系统。在 VMware 操作界面中，选择菜单 VM 中的 Settings选项，即会弹出虚拟机设置对话框。在 CD-ROM 的选择项中，我们可以选择物理光盘方式也可以采用使用 ISO 映像文件的方式，将光驱指向可引导操作系统安装盘，然后点击运行，虚拟机便如同普通 PC 机一样开始上电自检过程，系统的安装和在普通 PC 机中安装操作系统相同，在此不赘述。安装好的 Linux 系统如图 2 所示： 在 Linux 环境下的实现 CadenceDesignFrameworkII 环境是 Cadence 设计工具最基础的结构。它提供了获取所有工具和设计数据的综合环境。CadenceDesignFrameworkII 环境是一个开放式系统，可以结合第三方工具，使用行业标准 EDIF 以及CadenceGDSII 格式输入设计数据，其仿真器结合了可编程网表生成器和波形处理器。 CadenceDesignFramework 能将来自不同 EDA 厂商的工具5 / 5软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间在整个产品开发过程中实现信息的传输与共享，这是并行工程和 Top-Down 设计方法的实现基础。 Cadence 软件安装环境包含对 Linux 操作系统的支持，利用这一特点，可以非常方便的利用虚拟机技术将 Linux 配置成服务器，从而可以非常方便的在实验过程中将学生分组，或者利用实验室内的几台 PC 机配置成虚拟服务器，组成小型局域网，在不增加额外硬件的情况下，减少实验过程对实验室服务器的依赖。 4 结论 提出了利用 VMware 搭建大型 EDA 软件实验环境，很好地模拟了真实环境，在虚拟机上完成的实验效果等同于在服务器环境上完