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，本文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。
本文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
VMware Workstation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，VMware Workstation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的虚拟层映射实体的硬件资源到自己本身的虚拟机器资源，因此每个虚拟机器都有各自的CPU、内存、硬盘、I/O设备等，所以虚拟机器完全等同于一个标准的x86计算机。
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，本文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术完成EDA软件实验系统。
3.1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Red Hat Linux，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：
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3.2 Cadence Design Framework II在Linux环境下的实现
Cadence Design Framework II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。Cadence Design Framework II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Cadence GDSII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。
Cadence Design Framework能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，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
本文提出了利用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成的实验效果，完全符合教学要求和满足试验意义。该系统在一定程度上不仅可以缓解当前对服务器的依赖以及教学场地的限制，提高实验设备的安全性和利用率，降低实验室的管理难度,而且在不额外添加硬件设备的条件下，很好地满足了实验课多种环境的需求，保证了实验课的正常开展。
 
【参考文献】
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