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篇1

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計；應(yīng)用型人才；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0059-02

一、引言

在過去的20多年來，中國教育實現(xiàn)兩大歷史性跨越。第一是實現(xiàn)了基本普及義務(wù)教育，基本掃除青壯年文盲的目標(biāo)；第二是中國高等教育開始邁入大眾化階段，高教毛入學(xué)率達(dá)到17%。據(jù)《2012年中國大學(xué)生就業(yè)報告》顯示[1]，在2011年畢業(yè)的大學(xué)生中，有近57萬人處于失業(yè)狀態(tài)，10多萬人選擇“啃老”；即使工作一年的人，對工作的滿意率也只有47%。2012年，全國普通高校畢業(yè)生規(guī)模達(dá)到680萬人，畢業(yè)人數(shù)再創(chuàng)新高，大學(xué)生將面臨越來越沉重的就業(yè)壓力。面對這樣的困境，國家相關(guān)部分提出了一系列的舉措，其中對本科畢業(yè)生的培養(yǎng)目標(biāo)逐漸向應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)變[2-4]。集成電路作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已成為當(dāng)前國際競爭的焦點和衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度以及綜合國力的重要標(biāo)志。本文將在對集成電路設(shè)計專業(yè)特點分析的基礎(chǔ)上，以北京信息科技大學(xué)集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置為例，介紹面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)地集成電路設(shè)計本科課程現(xiàn)階段存在的問題并給出相關(guān)可行的改革方案。

二、集成電路設(shè)計專業(yè)特點

進(jìn)入本世紀(jì)后，我國的集成電路發(fā)展迅速，集成電路設(shè)計需求劇增。為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，國家開始加大推廣集成電路設(shè)計相關(guān)課程的本科教學(xué)工作[5]。經(jīng)過十年多的發(fā)展，集成電路設(shè)計專業(yè)特色也越來越明顯。

首先，集成電路設(shè)計專業(yè)對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識要求高。隨著工藝的不斷進(jìn)步，集成電路芯片的尺寸不斷下降，芯片功能不斷增強(qiáng)，功耗越來越低，速度越來越快。但隨著器件尺寸的不斷下降，組成芯片的最基本單元――“器件”的高階特性對電路性能的影響越來越大。除了器件基礎(chǔ)，電路設(shè)計人員同時還需要了解后端電路設(shè)計相關(guān)的版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)基礎(chǔ)知識，而這些流程環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很難想象芯片能正常工作[6]。因此，對于一個合格的電路設(shè)計人員，深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識是必不可少的。

其次，集成電路設(shè)計專業(yè)需要學(xué)生對各種電子設(shè)計自動化工具熟悉，實踐能力強(qiáng)。隨著電子設(shè)計自動化工具的不斷發(fā)展，在電路設(shè)計的每一個階段，電路設(shè)計人員可以通過計算機(jī)完成電路設(shè)計的部分或全部的相關(guān)內(nèi)容。另一方面，電子設(shè)計自動化工具的相關(guān)比較多，即使是同一家公司的同一種軟件的更新速度相當(dāng)快，集成電路設(shè)計工具種類繁多，而且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)這對集成電路設(shè)計教學(xué)增加了很大的難度。

再次，集成電路設(shè)計專業(yè)的相關(guān)教學(xué)工作量大。正如前面所介紹，要完成一個電路芯片的設(shè)計，需要電路設(shè)計人員需要了解從器件基礎(chǔ)到電路搭建、電路仿真調(diào)試、版圖、工藝、封裝、測試等相關(guān)知識，同時還要通過實驗熟悉各種電子設(shè)計自動化工具的使用。所有相關(guān)內(nèi)容對集成電路設(shè)計專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容提出了更多的要求，但從現(xiàn)有的情況看，相關(guān)專業(yè)的課時數(shù)目難以改變，所以在有限的課時內(nèi)如何合理分配教學(xué)內(nèi)容是集成電路設(shè)計專業(yè)教師重要的工作。

最后，集成電路設(shè)計專業(yè)對配套的軟、硬件平臺要求高，投入資金成本高。從現(xiàn)有的情況看，國際上有4大集成電路設(shè)計EDA公司，還有很多中、小型EDA公司。每個公司的產(chǎn)品各不相同，即使針對相同的電路芯片，設(shè)計自動化工具也各不相同。在硬件方面，軟件的安裝通常在高性能的服務(wù)器上，因此，硬件方面的成本也很高。軟硬件方面的成本嚴(yán)重地阻礙了國內(nèi)很多高等院校的集成電路設(shè)計專業(yè)發(fā)展。

三、集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置及存在的問題

在集成電路設(shè)計專業(yè)課程設(shè)置方面，不同的學(xué)校的課程設(shè)置各不相同。但總的來說可以分為三類：基礎(chǔ)課、專業(yè)課和選修課。在三類課程的設(shè)置方面，每個學(xué)校的定義各不相同，主要是根據(jù)本校集成電路設(shè)計專業(yè)的側(cè)重點不同而有所區(qū)別。從國內(nèi)幾大相關(guān)院校的課程設(shè)置看，基礎(chǔ)課主要包括：《固體物理》、《半導(dǎo)體物理》、《晶體管原理》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》等；專業(yè)課主要包括：《模擬集成電路設(shè)計》、《數(shù)字集成電路設(shè)計》、《信號處理》、《高頻電路》等；選修課主要包括：《集成電路EDA》、《集成電路芯片測試》、《集成電路版圖設(shè)計》、《集成電路封裝》等。

從現(xiàn)有的課程設(shè)置可以看到，針對國家應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，現(xiàn)有的課程設(shè)置還存在很多問題，具體地說：

首先，課程設(shè)置偏于理論課程，實踐內(nèi)容缺乏，不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。從上面的課程設(shè)置情況可以看到，各大高校在課程安排方面都側(cè)重于理論教學(xué)，缺乏實踐內(nèi)容。比如：《模擬集成電路設(shè)計》課程總學(xué)時為48，實驗學(xué)時為8，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實際需求，難以在短短8學(xué)時內(nèi)完成模擬集成電路設(shè)計相關(guān)實踐活動。雖然集成電路設(shè)計專業(yè)對于專業(yè)基礎(chǔ)知識要求寬廣，但并不深厚，因此，浪費太多時間在每個設(shè)計流程相關(guān)的理論知識的闡述是不合適的，也不符合我國大學(xué)生的現(xiàn)狀。

其次，實踐活動不能與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要相結(jié)合，實踐內(nèi)容沒有可行性。從目前各大高等院校的課程內(nèi)容方面調(diào)研結(jié)果表明，對于本科教學(xué)情況，90%以上的實踐內(nèi)容都是教師根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)置一些簡單可行的小電路，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容按相關(guān)步驟操作即可完成整個實驗過程。實驗內(nèi)容簡單、重復(fù)，與集成電路設(shè)計業(yè)界實際需要完全不相關(guān)，這對學(xué)生以后的就業(yè)、擇業(yè)意義不大。

最后，沒有突現(xiàn)學(xué)校的專業(yè)特色，不適于當(dāng)今社會集成電路設(shè)計業(yè)界對本科畢業(yè)生的要求。但在競爭激烈的電子信息產(chǎn)業(yè)界，如果想要畢業(yè)生擇業(yè)或者就業(yè)時有更強(qiáng)的競爭力，各大高校需要有自己的專業(yè)特色，但現(xiàn)在各個高校的現(xiàn)狀仍然是“全面發(fā)展，沒有特色”。這對于地方高校的集成電路設(shè)計專業(yè)畢業(yè)生是一個劣勢。

四、面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的課程改革

針對上面闡述的相關(guān)問題，本文給出了面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的集成電路設(shè)計專業(yè)課程改革的幾點方案，具體地說：

首先，削減理論課的課時，加大實驗內(nèi)容比例。理論課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實踐課時是當(dāng)今大學(xué)生教育的一個重要弊端，這也直接導(dǎo)致了大學(xué)生動手能力差、實踐活動參與度低、分工合作意識薄弱。而在不增加授課學(xué)時的前提下要改變這一現(xiàn)象，唯一的方法就是改變授課內(nèi)容，適當(dāng)削減理論課的課時，加大實驗內(nèi)容的比例。這樣既能滿足國家對于本科畢業(yè)生應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，也符合創(chuàng)新型本科生的特點。

其次，積極推進(jìn)“校企聯(lián)合辦學(xué)”，讓學(xué)生更早接觸業(yè)界發(fā)展，指導(dǎo)擇業(yè)、就業(yè)。正如前面介紹，現(xiàn)在各大高等院校的教學(xué)內(nèi)容理論性太強(qiáng)，學(xué)生在大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識與實際應(yīng)用相脫離。這也造成很大一部分本科畢業(yè)生在入職后的第一年難以進(jìn)入工作狀態(tài)，工作效率差，影響后面學(xué)生的就業(yè)、擇業(yè)。如果能在學(xué)生在校期間，比如大學(xué)三年級或更早，推進(jìn)“校企聯(lián)合辦學(xué)”，使學(xué)生更早了解到業(yè)界真正工作模式以及業(yè)界關(guān)注的重點，這對于學(xué)生后續(xù)進(jìn)入工作非常有利，同時也能推進(jìn)學(xué)?？蒲泄ぷ?。

最后，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。這里的教學(xué)資源，除了包括授課筆記、教案、教學(xué)講義外還包括高水平教師。雖然現(xiàn)在高等教育研究相關(guān)機(jī)構(gòu)也開設(shè)了一些青年教師課程培訓(xùn)相關(guān)內(nèi)容，但真正取得的成效還相對比較小。另外，針對集成電路設(shè)計專業(yè)來說，跟隨業(yè)界發(fā)展的相關(guān)知識更新較快，配套的軟硬件代價較高，如果能實現(xiàn)高校軟硬件教學(xué)資源的共享，尤其是高水平高校扶持低水平高校，這將更有利于提高畢業(yè)生的整體水平。

五、結(jié)論

本文詳細(xì)分析面對應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的集成電路設(shè)計專業(yè)的特點，并在對國內(nèi)相關(guān)院校集成電路設(shè)計專業(yè)調(diào)研基礎(chǔ)上給出集成電路設(shè)計專業(yè)的基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課課程的內(nèi)容以及教學(xué)方式情況，指出面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)現(xiàn)在課程設(shè)置方面存在的問題。同時，文章給出了在當(dāng)今大學(xué)生招生人數(shù)劇增情況下，如何合理安排集成電路設(shè)計專業(yè)課程的方案從而實現(xiàn)應(yīng)用型培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王興芬.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實踐教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)及其管理機(jī)制改革[J].實驗技術(shù)與管理，2012，（29）：117-119.

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[4]張宏勛，和蔭林，等.高校實驗室教學(xué)文化變革的阻力及其化解[J].實驗室研究與探索，2012，（10）：162-165.

篇2

知識經(jīng)濟(jì)時代，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越依賴于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子信息產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)行業(yè)，又以集成電路（IntegratedCircuit，IC）的設(shè)計為前沿。作為21世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)，IC設(shè)計能力反映了一個國家信息產(chǎn)業(yè)的硬實力，深刻地影響著人們生產(chǎn)、生活的方法面面，對于一國的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起著舉足輕重的作用。隨著集成電路的規(guī)模依據(jù)摩爾定律不斷呈指數(shù)級別地飛速增長，已經(jīng)實現(xiàn)可以將整個系統(tǒng)集成到一塊單硅芯片上，片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）的概念應(yīng)運而生。然而對于大規(guī)模的SoC開發(fā)，無論從設(shè)計的費用、周期還是可靠性方面考慮，傳統(tǒng)的方法均已不能滿足需求。加之集成電路產(chǎn)業(yè)分工的日益細(xì)化,外包模式被更多企業(yè)采用，出于對商業(yè)風(fēng)險、市場機(jī)會和材料成本的考慮，集成電路產(chǎn)業(yè)越來越多地使用知識產(chǎn)權(quán)核(IntellectualPropertyCore，IPCore)2復(fù)用的設(shè)計方法?！凹呻娐吩O(shè)計業(yè)已步入IP模塊的年代，IP開發(fā)、搜索、集成與服務(wù)是當(dāng)前設(shè)計業(yè)發(fā)展的瓶頸,知識產(chǎn)權(quán)在集成電路設(shè)計業(yè)發(fā)展中的地位至關(guān)重要?！?據(jù)中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（簡稱CCID）統(tǒng)計，2007年全球SoC市場已達(dá)750億美元，占國際IC市場的29%，其中全球SoC產(chǎn)品設(shè)計85%都采用IP核為主的預(yù)定制模塊，IP核的銷售額達(dá)到40億美元以上4。2012年，國家工信部軟件與集成電路促進(jìn)中心(以下簡稱CSIP)調(diào)研報告顯示，移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來使得全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)生著深刻的變化，而且必將會從量變轉(zhuǎn)入質(zhì)變，其中一個重要的方面就是智能手機(jī)和平板電腦產(chǎn)業(yè)引發(fā)的SoC“核”競賽。國家集成電路人才培養(yǎng)基地專家預(yù)計，到2015年，中國芯片市場規(guī)模將超過1萬億元，SoC“IP核”價值將更為可觀。5隨著我國集成電路產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)產(chǎn)品種類的不斷增加，中國IC企業(yè)也越來越多地涉足SoC設(shè)計，對IP核的需求持續(xù)快速增長。CSIP調(diào)研顯示，截止2011年12月，100%的中國IC企業(yè)都使用了第三方提供的IP核，其中34.2%的企業(yè)IP核采購支出占預(yù)算比例達(dá)20%～40%，18.4%的企業(yè)IP核采購支出甚至占到了40%以上，整體技術(shù)依存度畸高。關(guān)于影響國內(nèi)IP核產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素調(diào)查表明，54%的企業(yè)認(rèn)為首要問題是知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，許多企業(yè)不愿意推廣自己的IP核，原因幾乎一致，主要還是擔(dān)心知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)不力，辛辛苦苦研發(fā)出來的技術(shù)被別人盜用或濫用。6由于對如何依靠我國現(xiàn)行知識產(chǎn)權(quán)法律保護(hù)IP核缺乏了解，除個別IC企業(yè)掌握少量自主知識產(chǎn)權(quán)的IP核外，絕大多數(shù)國內(nèi)IC企業(yè)仍處于技術(shù)需求方的弱勢地位。不僅如此，“掌握核心技術(shù)的很多國外IP核供應(yīng)商對國內(nèi)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)也表示懷疑，拒絕將該IP核在中國交易”7使得中國IC企業(yè)難以獲得高質(zhì)量的IP核，并且動輒被懷疑存在抄襲等侵權(quán)行為8，更毋寧說進(jìn)行技術(shù)交流與學(xué)習(xí)創(chuàng)新。

二、中國集成電路IP核發(fā)展的戰(zhàn)略措施分析

集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)是電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點，集成電路IP核作為集成電路設(shè)計的關(guān)鍵性技術(shù)成果對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)遇到的困難主要是缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的集成電路IP核，導(dǎo)致IP核對外技術(shù)依存度畸高。為此，需要推動我國集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，提升集成電路IP核的開發(fā)、獲取和保護(hù)能力，以促進(jìn)我國集成電路產(chǎn)業(yè)的健康、快速發(fā)展。本文認(rèn)為可以考慮從以下三方面著手：

（一）加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律協(xié)調(diào)保護(hù)力度集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)方法，國際IP核標(biāo)準(zhǔn)化組織VSIA（虛擬插槽接口聯(lián)盟）的《IP核保護(hù)白皮書》9中歸納了三種保護(hù)途徑，第一種是依靠知識產(chǎn)權(quán)法律的“威懾”作用防止IP核被非法傳播與使用，否則將借助司法程序予以制裁。第二種是借助合同、契約等方式，如通過許可證協(xié)議等方式阻止IP核被非授權(quán)性使用，以達(dá)到“防衛(wèi)”的效果。第三種則是通過水印和指紋等技術(shù)手段，對IP核的合法性進(jìn)行“檢測”和追蹤。我國借鑒了VSIA的相關(guān)方案，相繼制定了《集成電路IP核保護(hù)大綱》等11項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但如上述國家機(jī)構(gòu)的一系列調(diào)研報告表明的情況實施效果不甚理想。究其原因，主要是《集成電路布圖設(shè)計保護(hù)條例》（以下簡稱《IC條例》）制訂后保護(hù)思路的單一與保護(hù)力度的松懈。2001年《IC條例》的頒布讓業(yè)界普遍認(rèn)為依靠《IC條例》就足以解決集成電路設(shè)計保護(hù)方面的所有問題。實則不然，鑒于集成電路IP核技術(shù)的復(fù)雜性與侵權(quán)的隱蔽性，集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)通常較為困難。技術(shù)上，IP核已經(jīng)發(fā)展到系統(tǒng)級別，依據(jù)設(shè)計流程上的區(qū)別可細(xì)分為多個類別。按照《IC條例》的規(guī)定只能對其中部分形式的IP核進(jìn)行保護(hù)，卻容易忽視其它類別的IP核可以納入《著作權(quán)法》《專利法》《反不正當(dāng)競爭法》等的保護(hù)范圍10，造成我國大量IP核創(chuàng)新成果的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)缺失。結(jié)合產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律間的協(xié)調(diào)保護(hù)力度，提升企業(yè)等創(chuàng)新主體的IP核知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識和保護(hù)能力，無疑將有助于促進(jìn)我國自主知識產(chǎn)權(quán)IP核數(shù)量的增加和設(shè)計質(zhì)量的提高。另外，有擔(dān)心加強(qiáng)IP核知識產(chǎn)權(quán)法律保護(hù)力度可能會更有利于跨國公司而不利于我國本土企業(yè)IP核知識產(chǎn)權(quán)獲取，實際大可不必。集成電路IP核等信息產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的一個顯著特點就是容易出現(xiàn)相互制約的知識產(chǎn)權(quán)。只要我國企業(yè)能夠憑借后發(fā)優(yōu)勢獲得一定數(shù)量的IP核知識產(chǎn)權(quán)，特別是如果能夠掌握或者突破部分IP核通用或核心技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)，則能夠擁有與跨國公司交叉許可的談判資本，至少可以大幅要求降低許可使用費用，同時形成良性循環(huán)并逐步實現(xiàn)全方位的趕超。值得注意的則是我國《反壟斷法》關(guān)于知識產(chǎn)權(quán)反壟斷的配合還需完善，以防止某些跨國公司憑借市場支配地位，通過搭售非必要專利、打包許可過期專利、限制競爭的技術(shù)回授等方式，濫用知識產(chǎn)權(quán)限制競爭，2015年初我國發(fā)生的高通公司壟斷案等已經(jīng)敲響了警鐘。從這個意義上講，加強(qiáng)集成電路設(shè)計業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)法律間協(xié)調(diào)保護(hù)力度，不僅要加強(qiáng)對權(quán)利人正當(dāng)利益的保護(hù)，還應(yīng)該加強(qiáng)對于權(quán)利人濫用知識產(chǎn)權(quán)權(quán)利的懲處力度。

（二）加快IP核知識產(chǎn)權(quán)海外技術(shù)收購步伐全球化時代的知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略不能隅于一國之內(nèi)，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，中國企業(yè)也開始越來越多的邁出國門，參股投資、兼并收購國外的公司企業(yè)。中國的集成電路產(chǎn)業(yè)也應(yīng)該部署自己的海外戰(zhàn)略，其中尤其應(yīng)當(dāng)重視對于所收購企業(yè)創(chuàng)新能力的考察，特別是知識產(chǎn)權(quán)價值的評估。審時度勢地加快IP核知識產(chǎn)權(quán)海外技術(shù)收購步伐能夠幫助我國集成電路設(shè)計企業(yè)在較短時間內(nèi)獲得自己作為權(quán)利人的IP核知識產(chǎn)權(quán)。進(jìn)行IP核跨國收購應(yīng)對國際上與集成電路設(shè)計IP核業(yè)務(wù)有關(guān)的公司情況進(jìn)行分析判斷。目前國際上，與集成電路設(shè)計IP核業(yè)務(wù)有關(guān)的公司主要有四大類11:一是以IP核授權(quán)或出售為主要贏利途徑的專業(yè)IP核公司，如ARM、Rambus、MIPSTechnologies等。二是大型的集成器件制造商(IDM)公司，如TI、Samsung、Freescale等，由于長期的技術(shù)積累，擁有大量供內(nèi)部重復(fù)使用的IP核；三是電子設(shè)計自動化（EDA）軟件公司，如Synopsys、Cadence、Mentor等，為推廣EDA軟件，這些公司大都開發(fā)了許多可供用戶使用的IP核，配合EDA工具一起銷售；四是晶圓代工（Foundry）廠，如TSMC、UMC、Charter等，為吸引更多的客戶到本公司加工流片，大都提供了包括標(biāo)準(zhǔn)單元庫在內(nèi)的FoundryIP核供客戶免費使用。我國集成電路IP核海外收購的主要對象應(yīng)該是正處于創(chuàng)業(yè)期的小型專業(yè)IP核公司。大型的集成器件制造企業(yè)和電子設(shè)計自動化軟件公司除非經(jīng)營遇到極大困難或為調(diào)整發(fā)展方向欲轉(zhuǎn)售相關(guān)業(yè)務(wù)的，如IBM公司將筆記本業(yè)務(wù)與相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓中國聯(lián)想，否則一般很難切入收購相關(guān)IP核等知識產(chǎn)權(quán)。而晶圓代工廠的IP核由于多屬于非核心技術(shù)且通常免費提供，收購意義也不大。容易忽略的是各國創(chuàng)新孵化器、高技術(shù)園區(qū)乃至高等院校內(nèi)的IP核創(chuàng)新成果或知識產(chǎn)權(quán)。國外公司對此一直十分重視，據(jù)報道，有世界知名的跨國公司就通過其在中國設(shè)立的子科技公司，逐個與上海高校科研處簽訂收購高校發(fā)明成果的合作框架協(xié)議或合同，而類似的情況還不在少數(shù)12。收購相關(guān)創(chuàng)新成果一則可以掌握最新技術(shù)，二則可以通過知識產(chǎn)權(quán)占領(lǐng)被申請國市場，如果是通過PCT申請渠道還可能在多國享有合法的壟斷權(quán)利，更為重要的是有助于整合國外人才促進(jìn)本國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)技術(shù)研發(fā)。中國的IP核海外收購可以學(xué)習(xí)、借鑒跨國公司的經(jīng)驗和案例，本著互惠互利的原則，以公平合理的價格收購有潛力的國外專業(yè)IP核公司。當(dāng)然在收購中最好聘請優(yōu)秀的律師事務(wù)所、專利事務(wù)所和會計師事務(wù)所等中介機(jī)構(gòu)進(jìn)行充分的知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險、價值分析與評估，避免產(chǎn)生不必要地法律糾紛乃至遭遇知識產(chǎn)權(quán)的陷阱。

（三）加大IP核知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)保護(hù)資金投入集成電路設(shè)計是個高投入高風(fēng)險的行業(yè)，屬于技術(shù)和資本密集型產(chǎn)業(yè)。集成電路設(shè)計研發(fā)費用一般要占到銷售額的近15%，而后獲取知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)還需要投入一定的經(jīng)費，更毋寧說進(jìn)行海外并購等?！拔覈呻娐樊a(chǎn)業(yè)十年以來科技投入1000多億元，但相比國際大企業(yè)，國內(nèi)全行業(yè)投入只是英特爾公司的1/6?！?3加大IP核知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)保護(hù)資金投入，對于目前技術(shù)積累薄弱、自主知識產(chǎn)權(quán)缺乏、融資成本高昂的國內(nèi)集成電路設(shè)計企業(yè)而言無異于注入強(qiáng)勁的動力源泉。資本在促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性和必要性已經(jīng)獲得認(rèn)可，通過政府財政引導(dǎo)加股權(quán)投資基金協(xié)同運作的方式被認(rèn)為是有效的手段。事實上，美國半導(dǎo)體業(yè)融資的主要渠道就是依靠風(fēng)險投資基金支持。中國臺灣地區(qū)之所以成為全球第四大半導(dǎo)體基地就與其六年建設(shè)計劃對集成電路產(chǎn)業(yè)的重點扶植有密切關(guān)系。我國也可以考慮：政府通過一定的政策，配合財政、稅收、信貸等措施，引導(dǎo)社會資金投入國內(nèi)集成電路IP核設(shè)計等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，而公司股權(quán)、所獲得集成電路IP核的知識產(chǎn)權(quán)許可使用收益等均可以作為投資回報；或者采用設(shè)立投資基金的方式，以基金投資公司為平臺，扶持國內(nèi)集成電路IP核設(shè)計企業(yè)克服資金短缺的困難、進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等工作。2014年6月，由工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、科技部、財政部等部門編制，國務(wù)院批準(zhǔn)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》正式實施，提出要著力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)，強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新能力，加強(qiáng)集成電路知識產(chǎn)權(quán)的運用和保護(hù)。與此同時，繼北京之后，上海、武漢、深圳、合肥、沈陽等多地都加速打造地方版IC產(chǎn)業(yè)股權(quán)投資基金，據(jù)悉國家也將投入巨資以促進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相信包括集成電路IP核在內(nèi)的我國IC業(yè)必將產(chǎn)生一大批創(chuàng)新性的技術(shù)成果，同時，也為企業(yè)加強(qiáng)對相關(guān)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、完善管理奠定了良好的基礎(chǔ)。當(dāng)然，還可以考慮進(jìn)一步細(xì)化基金支持項目，如果在可能的情況下，有必要建立一個或多個專門針對集成電路IP核等核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)的收購基金，以支持我國集成電路產(chǎn)業(yè)的海外技術(shù)并購。

三、結(jié)語

篇3

關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計；九天EDA系統(tǒng)；D觸發(fā)器

Full-Custom Layout Design Based on the Platform

of Zeni EDA System

YANG Yi-zhong , XIE Guang-jun, Dai Cong-yin

（Dept. of Applied Physics, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China）

Abstract: Layout of D flip-flop based on some basic units such as inverter has been designed by using platform of Zeni EDA software system produced by China Integrated Circuit Design Center, adopting 0.6um Si-gate CMOS process, following a full-custom IC design flow of back-end, i.e. the construction of basic cell libraries, placement & routing and then layout verification, which is used for data collection unit. Layout design technique about elementary logic gate of digital circuit has been discussed in detail. The layout has been used in an IC. The result shows that design using Zeni EDA software system satisfies design requirement exactly.

Key words: layout design; Zeni EDA system; D flip-flop

1引言

集成電路（Integrated Circuit，IC）把成千上萬的電子元件包括晶體管、電阻、電容甚至電感集成在一個微小的芯片上。集成電路版圖設(shè)計的合理與否、正確與否直接影響到集成電路產(chǎn)品的最終性能[1]。目前，集成電路版圖設(shè)計的EDA （ Electronic Design Automation）工具較多，但主流的集成電路版圖設(shè)計的EDA工具價格昂貴，而我國自主開發(fā)的九天EDA系統(tǒng)，具有很高的性價比，為我們提供了理想的集成電路設(shè)計工具。

2基本概念

2.1 版圖

版圖是將三維的立體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為二維平面上的幾何圖形的設(shè)計過程，是一組相互套合的圖形，各層版圖相應(yīng)于不同的工藝步驟，每一層版圖用不同的圖案來表示。它包括了電路尺寸、各層拓?fù)涠x等器件的相關(guān)物理信息，是設(shè)計者交付給代工廠的最終輸出。

2.2 版圖設(shè)計

它將電路設(shè)計中的每一個元器件包括晶體管、電阻、電容等以及它們之間的連線轉(zhuǎn)換成集成電路制造所需要的版圖信息。主要包括圖形劃分、版圖規(guī)劃、布局布線及壓縮等步驟[2]。版圖設(shè)計是實現(xiàn)集成電路制造的必不可少的環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到集成電路的功能是否正確，而且會在一定程度上影響集成電路的性能、面積、成本與功耗及可靠性等[3]。版圖設(shè)計是集成電路從設(shè)計走向制造的橋梁。

2.3 集成電路版圖實現(xiàn)方法

集成電路版圖實現(xiàn)方法可以分為全定制（Full-Custom）設(shè)計和半定制（Semi-Custom）設(shè)計[4]。半定制設(shè)計方法包括門陣列設(shè)計方法、門海設(shè)計方法、標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法、積木塊設(shè)計方法及可編程邏輯器件設(shè)計方法等。全定制設(shè)計方法是利用人機(jī)交互圖形系統(tǒng)，由版圖設(shè)計人員從每一個半導(dǎo)體器件的圖形、尺寸開始設(shè)計，直至整個版圖的布局和布線。全定制設(shè)計的特點是針對每一個元件進(jìn)行電路參數(shù)和版圖參數(shù)的優(yōu)化，可以得到最佳的性能以及最小的芯片尺寸，有利于提高集成度和降低生產(chǎn)成本。隨著設(shè)計自動化的不斷進(jìn)步，全定制設(shè)計所占比例逐年下降[5]。

3九天EDA系統(tǒng)簡介

華大電子推廣的應(yīng)用的九天EDA系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的大規(guī)模集成電路設(shè)計EDA工具，與國際上主流EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級的集成電路設(shè)計規(guī)模，可進(jìn)行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計中發(fā)揮了作用，成功開發(fā)出了許多實用的集成電路芯片[6]。其主要包括下面幾個部分[7]：ZeniSE（ Schematic Editor）原理圖編輯工具，它可以進(jìn)行EDIF格式轉(zhuǎn)換，支持第三方的Spice仿真嵌入； ） ZeniPDT （ Physical Design Tool）版圖編輯工具；它能提供多層次、多視窗、多單元的版圖編輯功能，同時能夠支持百萬門規(guī)模的版圖編輯操作；ZeniVERI （ Physical Design Verification Tools）版圖驗證工具它可以進(jìn)行幾何設(shè)計規(guī)則檢查（DRC） 、電學(xué)規(guī)則檢查（ ERC） 及邏輯圖網(wǎng)表和版圖網(wǎng)表比較（LVS）等。

版圖設(shè)計用到的工具模塊是ZeniPDT，它具備層次化編輯和在線設(shè)計規(guī)則檢查能力，并提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)寫出接口。其設(shè)計流程如圖1所示[8]，

4設(shè)計實例

任何一個CMOS數(shù)字電路系統(tǒng)都是由一些基本的邏輯單元（非門、與非門、或非門等）組成，而基本單元版圖的設(shè)計是基于晶體管級的電路圖設(shè)計的。因而在版圖設(shè)計中，主要涉及到如何設(shè)計掩膜版的形狀、如何排列晶體管、接觸孔的位置的安排以及信號引線的位置安排等。以下以一個用于數(shù)據(jù)采集的D觸發(fā)器為例進(jìn)行設(shè)計。

4.1 D觸發(fā)器電路圖及工作原理

D觸發(fā)器電路圖，如圖2所示，此電路圖是通過九天EDA系統(tǒng)工具的ZSE模塊構(gòu)建的，其基本工作原理是：首先設(shè)置CLB=1。當(dāng)時鐘信號CLK=0時，DATA信號通過導(dǎo)通的TG1進(jìn)入主寄存器單元，從寄存器由于TG4的導(dǎo)通而形成閉合環(huán)路，鎖存原來的信號，維持輸出信號不變。當(dāng)CLK從0跳變到1時，主寄存器單元由于TG2的導(dǎo)通而形成閉合回路，鎖存住上半拍輸入的DATA信號，這個信號同時又通過TG3經(jīng)一個與非門和一個反相器到達(dá)Q端輸出。當(dāng)CLK再從1跳變到0時，D觸發(fā)器又進(jìn)入輸入信號并鎖存原來的輸出狀態(tài)。對于記憶單元有時必須進(jìn)行設(shè)置，電路中的CLB信號就擔(dān)當(dāng)了觸發(fā)器置0 的任務(wù)。當(dāng)CLB=0時，兩個與非門的輸出被強(qiáng)制置到1，不論時鐘處于0還是1，輸出端Q均被置為0。

4.2 D觸發(fā)器子單元版圖設(shè)計

圖2所示的D觸發(fā)器由五個反相器、兩個與非門、兩個傳輸門和兩個鐘控反相器組成。選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬮T單元版圖，用這些單元模塊構(gòu)成D觸發(fā)器。

對于全定制的集成電路版圖設(shè)計，需要工作平臺，包括設(shè)計硬件、設(shè)計使用的EDA軟件以及版圖設(shè)計的工藝文件和規(guī)則文件。此D觸發(fā)器的設(shè)計硬件是一臺SUN Ultra10工作站，設(shè)計軟件是九天EDA系統(tǒng)，采用0.6um硅柵CMOS工藝。

CMOS反相器是數(shù)字電路中最基本單元，由一對互補(bǔ)的MOS管組成。上面為PMOS管（負(fù)載管），下面為NMOS管（驅(qū)動管）。由反相器電路的邏輯“非”功能可以擴(kuò)展出“與非”、“或非”等基本邏輯電路，進(jìn)而得到各種組合邏輯電路和時序邏輯電路。

在電路圖中，各器件端點之間所畫的線表示連線，可以用兩條線的簡單交叉來表示。但對于具體的物理版圖設(shè)計，必須關(guān)心不同連線層之間物理上的相互關(guān)系。在硅CMOS工藝中，不能把N型和 P型擴(kuò)散區(qū)直接連接。因此，在物理結(jié)構(gòu)上必須有一種實現(xiàn)簡單的漏極之間的連接方法。例如，在物理版圖中至少需要一條連線和兩個接觸孔。這條連線通常采用金屬線?？傻萌鐖D3（a）所示的反相器的局部的符號電路版圖。同理，可以通過金屬線和接觸孔制作MOS管源端連接到電源VDD和地VSS的簡單連線，如圖3（b）所示。電源線和地線通常采用金屬線，柵極連接可以用簡單的多晶硅條制作。圖3（c）給出了最后的符號電路版圖。

通過九天版圖設(shè)計工具繪制的反相器版圖如圖4所示。其他基本單元的版圖可依此建立。

4.3 D觸發(fā)器版圖設(shè)計

先建立一個名為DFF的庫，然后把建立的各個單元版圖保存在DFF庫中，同時在庫中建立名為dff的新單元。調(diào)用各子單元，并進(jìn)行相應(yīng)D觸發(fā)器的版圖布局，接著就是單元間的連線。主要用到的層是金屬1、金屬2和多晶硅進(jìn)行連接布線。接觸孔是用來連接有源區(qū)和金屬1，通孔用來連接金屬1和金屬2，多晶硅和多晶硅以及相同層金屬之間可以直接連接。版圖設(shè)計完成后，再利用版圖驗證工具ZeniVERI對該版圖進(jìn)行了版圖驗證。最后，經(jīng)過驗證后D觸發(fā)器的版圖如圖5所示。

5結(jié)語

在分析CMOS 0.6um設(shè)計規(guī)則和工藝文件后，采用九天EDA系統(tǒng)，以D觸發(fā)器為例進(jìn)行了版圖設(shè)計。實踐表明，九天EDA系統(tǒng)工具具有很好的界面和處理能力。該版圖已用于相關(guān)芯片的設(shè)計中，設(shè)計的D觸發(fā)器完全符合設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)

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篇4

關(guān)鍵詞：計算機(jī)硬件；集成電路設(shè)計；教學(xué)改革

信息系統(tǒng)工程教育論壇我院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)始建于1987年，歷經(jīng)20年的發(fā)展，為油田及相關(guān)企事業(yè)單位培養(yǎng)了大量的計算機(jī)應(yīng)用人才?！熬哂辛己玫目茖W(xué)素養(yǎng)，系統(tǒng)地、較好地掌握計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)包括計算機(jī)硬件、軟件與應(yīng)用的基本理論、基本知識和基本技能與方法，能在科研部門、教育單位、企業(yè)、事業(yè)、技術(shù)和行政管理部門等單位從事計算機(jī)教學(xué)、科學(xué)研究和應(yīng)用”是本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。基于這個培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合目前計算機(jī)硬件技術(shù)最新發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，提出本硬件系列課改方案。

一、硬件系列課改的目的及意義

當(dāng)前，計算機(jī)在信息社會中充當(dāng)了重要角色，也是發(fā)展最為迅速的一門學(xué)科。隨著這門學(xué)科的不斷發(fā)展，目前，計算機(jī)核心技術(shù)愈來愈集中在集成電路芯片設(shè)計和軟件設(shè)計這兩項技術(shù)中，其中CPU和OS設(shè)計技術(shù)是最核心的兩項技術(shù)，特別是高性能計算機(jī)技術(shù)一直是衡量國家實力的一個重要標(biāo)志。在硬件系列課程里，培養(yǎng)學(xué)生CPU及相關(guān)硬件的設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新并能夠設(shè)計出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機(jī)部件的能力，是當(dāng)前計算機(jī)硬件課程重要的改革方向，也是目前社會迫切需要的計算機(jī)硬件人才[1]。因此，適應(yīng)當(dāng)前計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展及社會對計算機(jī)硬件人才的需求，及時調(diào)整硬件系列課程的培養(yǎng)方向，既有利于學(xué)生及時掌握最新的計算機(jī)硬件技術(shù)，又有利于學(xué)生及時把所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力，對擴(kuò)大我院學(xué)生就業(yè)，樹立我院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生良好的社會形象意義深遠(yuǎn)。

二、硬件系列教學(xué)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

由于我國的制造業(yè)比較落后，一直以來，計算機(jī)硬件的核心技術(shù)未能被國內(nèi)掌握。相應(yīng)地，在計算機(jī)硬件教學(xué)中，像計算機(jī)組成和計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等重要硬件課程，傳統(tǒng)上僅僅以講授、分析原理為主，且內(nèi)容不能適應(yīng)現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展[2]。國外一些知名大學(xué)非常重視計算機(jī)硬件的教學(xué)，美國的許多高校本科計算機(jī)專業(yè)中都無一不是安排了CPU設(shè)計方面的課程和實驗內(nèi)容。例如麻省理工學(xué)院計算機(jī)專業(yè)的一門相關(guān)課程是《計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計》，學(xué)生在實驗課中，須自主完成ALU、單指令周期CPU、多指令周期CPU乃至實現(xiàn)流水線32位MIPS CPU和Cache等的設(shè)計。Stanford大學(xué)計算機(jī)系的本科生也有相似的課程和實驗。隨著計算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)開展硬件設(shè)計技術(shù)的條件已逐漸成熟，這主要得益于計算機(jī)硬件發(fā)展中的兩個重要技術(shù)，一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD/FPGA的成熟，可以在一個芯片中通過編寫硬件描述語言設(shè)計CPU和全部的相關(guān)硬件電路，減輕了硬件芯片間連接的復(fù)雜性，同時消除了硬件制造的限制。二是硬件描述語言的成熟，以VHDL和Verilog VHDL語言為代表的硬件描述語言，可以通過編寫程序的方式來描述極其復(fù)雜的硬件電路邏輯，大大降低了以前采用手工方式設(shè)計硬件電路的復(fù)雜性。國內(nèi)的一些知名大學(xué)，在最近幾年里，也相應(yīng)地增加了硬件電路設(shè)計在教學(xué)中的比重，據(jù)我們了解，清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、哈工大、哈理工等一些學(xué)校，已經(jīng)修改了計算機(jī)組成原理及計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等方面的課程教學(xué)內(nèi)容，把利用CPLD/FPGA和硬件描述語言設(shè)計CPU及其相關(guān)硬件電路作為重要內(nèi)容加入到課程體系里，取得了良好的教學(xué)效果，大大加強(qiáng)了學(xué)生對計算機(jī)工作原理的理解及計算機(jī)硬件的設(shè)計能力，逐步實現(xiàn)了與發(fā)達(dá)國家高校計算機(jī)本科教育的接軌。

三、目前我院硬件系列教學(xué)現(xiàn)狀及不足

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)硬件系列主要課程設(shè)置始于20年前，期間雖經(jīng)過部分調(diào)整，但基本教學(xué)內(nèi)容依然延續(xù)20年前的知識體系。按授課先后次序排列，這些課程包括：《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》、《計算機(jī)組成原理》、《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》、《計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)》、《硬件課程設(shè)計》等7門?；诋?dāng)前硬件課程系列教學(xué)現(xiàn)狀，我們認(rèn)為存在以下的不足：1.從整體上看，硬件系列教學(xué)內(nèi)容過于強(qiáng)調(diào)基本原理和基本方法，缺少能夠驗證原理、實際實現(xiàn)這些原理及方法的手段，導(dǎo)致學(xué)生缺少動手能力，對原理和方法認(rèn)識模糊，會說不會做的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，創(chuàng)新能力較弱。2.《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》和《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》，這兩門課之間存在較大的聯(lián)系，在內(nèi)容上存在承上啟下的關(guān)系，前者是講述數(shù)字電路的基本概念、組合及時序電路的傳統(tǒng)分析設(shè)計方法，后者則介紹組合及時序電路的現(xiàn)代分析設(shè)計方法，基于目前的教學(xué)實際情況，可以合并成一門課講述。3.《計算機(jī)組成原理》和《計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)非常重要的兩門課，通過這兩門課的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生能夠設(shè)計簡單的CPU及相關(guān)的硬件電路，從而加深對基本原理、基本方法的理解，增強(qiáng)實際動手能力。基于現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段還無法達(dá)到上述目的。4.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》和《嵌入式系統(tǒng)》兩門課存在較大的內(nèi)容交叉。這兩門課都是講述特定計算機(jī)在控制及嵌入式產(chǎn)品中的應(yīng)用，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課介紹的是8位機(jī)MCS-51的原理，《嵌入式系統(tǒng)》這門課介紹的是32位機(jī)ARM的原理，鑒于目前嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，建議取消《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課，以避免課程內(nèi)容重復(fù)。5.《硬件課程設(shè)計》作為硬件系列的最后一門硬件設(shè)計課，學(xué)生已掌握了較豐富的軟硬件知識，因此應(yīng)該具備設(shè)計較復(fù)雜的硬件電路的能力，目前的設(shè)計內(nèi)容較簡單并與《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》課程實驗存在一定交叉，建議選擇有一定復(fù)雜度并較實用的設(shè)計內(nèi)容。從而培養(yǎng)學(xué)生綜合運用硬件知識及硬件設(shè)計能力。

四、硬件系列教學(xué)新課改方案

針對我院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實際情況，在保證總的硬件教學(xué)學(xué)時不變的前提下，對硬件系列教學(xué)提出如下建議：1.課程合并：《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》是計算機(jī)組成原理等的先修課，為保證能及時開課，同時該課和《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》這門課有密切的聯(lián)系，合并為一門課，仍稱為《數(shù)字邏輯與數(shù)字電路》，并適當(dāng)增加學(xué)時，建議在大二上學(xué)期開課，取消《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化》這門課。2.《計算機(jī)組成原理》：這門課改為《計算機(jī)組成及設(shè)計》，增加CPU及相關(guān)硬件電路設(shè)計內(nèi)容，在講清楚組成原理的基礎(chǔ)上，以設(shè)計為重點，建議在大二下學(xué)期開課。 3.《計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)》：適當(dāng)增加設(shè)計內(nèi)容，原學(xué)時保持不變，建議在大三上學(xué)期開課。4.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》：本課程取消，鑒于目前嵌入式系統(tǒng)涉及軟硬件知識較多，難以在一門課程中全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此另開設(shè)一門《嵌入式軟件開發(fā)》課程，重點講述如何設(shè)計編寫嵌入式軟件程序，建議在大三下學(xué)期開課。5.《嵌入式系統(tǒng)》：這門課作為《嵌入式軟件開發(fā)》的先修課，重點講述嵌入式系統(tǒng)的基本概念及方法、ARM處理器的硬件工作原理、接口、匯編語言等，而相關(guān)操作系統(tǒng)及其程序設(shè)計等知識暫不涉及，建議在大三上學(xué)期開課。6.《硬件課程設(shè)計》：在設(shè)計題目中，引入嵌入式系統(tǒng)、FPGA及計算機(jī)組成等知識，適當(dāng)增加設(shè)計的綜合性和復(fù)雜性，建議在大四上學(xué)期開課?；谛碌挠布盗姓n程體系，能夠有效理順課程之間的先后關(guān)系，并把硬件課程均勻分散到大學(xué)四年的學(xué)習(xí)中，同時對重要的課程及相關(guān)的知識進(jìn)行了加強(qiáng)，例如數(shù)字電路設(shè)計貫穿在整個硬件系列課程中；舍棄了過時的技術(shù)，增加了新技術(shù)的份量，例如去掉了單片機(jī)，加強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)。因此，我們認(rèn)為：調(diào)整后的硬件系列課程是較合理的，它吸收了當(dāng)前先進(jìn)的硬件設(shè)計技術(shù)，保證了知識的實用性，有一定的前瞻性。

五、結(jié)束語

高等教育是為學(xué)生提供專業(yè)技能和生存本領(lǐng)、服務(wù)社會的最后一站，教學(xué)內(nèi)容及方法直接關(guān)系到學(xué)生的未來發(fā)展。通過不斷教學(xué)改革，保持教學(xué)的先進(jìn)性和實用性一直是高教課改的目標(biāo)之一。通過這次課改，理順了我院硬件系列課程的教學(xué)關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生未來服務(wù)社會的競爭力，因此很有實際意義。

作者:李軍 崔旭 李建平 單位:1.東北石油大學(xué) 2.大慶市薩東第二小學(xué)

參考文獻(xiàn)

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[關(guān)鍵詞]數(shù)字電子電路；EDA技術(shù)；應(yīng)用；探究

在微電子技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，數(shù)字電子電路的設(shè)計的難度也在不斷加大，電子產(chǎn)品翻新的速度也在不斷加快，這給數(shù)字電子電路設(shè)計帶來了較大的壓力。EDA技術(shù)是數(shù)字電子電路的設(shè)計中較為先進(jìn)的技術(shù)，具有其他技術(shù)不具備的優(yōu)勢，使數(shù)字電子電路的設(shè)計得到了革命性的發(fā)展[1]。EDA技術(shù)的優(yōu)勢在于當(dāng)程序修改錯誤時，不需要使用額外的硬件電路，且在使用EDA技術(shù)進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計時能夠使電子產(chǎn)品的成本降低和設(shè)計周期縮短。因而，EDA技術(shù)在數(shù)字電子電路設(shè)計中得到了越來越廣泛的運用，也推動了數(shù)字電子電路的設(shè)計領(lǐng)域的變革，促進(jìn)電子產(chǎn)品的發(fā)展。對此，我們需要EDA技術(shù)在數(shù)字電子電路的設(shè)計中應(yīng)用有所了解。

1EDA技術(shù)概述

EDA（ElectronicDesignAutomation，電子設(shè)計自動化）技術(shù)是逐漸從計算機(jī)輔助測試、計算機(jī)輔助制造、計算機(jī)輔助設(shè)計以及計算機(jī)輔助工程中發(fā)展而來的[2]。該技術(shù)主要是將計算機(jī)作為載體，在EDA軟件平臺上，設(shè)計者主要采用硬件描述語言VHDL進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而由計算機(jī)自動完成各項工作。EDA技術(shù)是一種融合了當(dāng)前多種新型技術(shù)的新技術(shù)，它以計算機(jī)為載體，將計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)以及智能技術(shù)相互融合起來，進(jìn)而完成電子產(chǎn)品的自動化設(shè)計工作，這樣有效促進(jìn)了電路設(shè)計的可操作性以及效率性，不僅保障了電路設(shè)計的質(zhì)量和效率，同時也極大地減輕了設(shè)計者的工作強(qiáng)度，同時也降低了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。具體來說，EDA技術(shù)的特點以及EDA技術(shù)設(shè)計流程如下。

1.1EDA技術(shù)的特點

相比于傳統(tǒng)的CAD（ComputerAidedDesign，計算機(jī)輔助設(shè)計）技術(shù)而言，EDA技術(shù)具有顯著的特點。首先一點，EDA技術(shù)在硬件電路選擇軟件設(shè)計方式方面上，它可以選擇多種設(shè)計輸入，如VHDL語言、波形等等，它在完成下載配置前能夠在沒有硬件設(shè)備的情況下能夠自行完成。與此同時，它在修改硬件設(shè)備也是非常簡單、易于操作，這種修改硬件設(shè)備的方式和軟件程序修改方式非常接近，采用軟件測試的方法對其進(jìn)行測試，這樣就能科學(xué)有效地設(shè)計特定功能的硬件電路[3]。第二點，EDA技術(shù)能夠儀自動化的形式進(jìn)行產(chǎn)品直面設(shè)計。它可以通過HDL語言和電路原理圖等自動化的邏輯編譯的相關(guān)程序輸入其中，并生成相應(yīng)的目標(biāo)系統(tǒng)。簡單說來，這種技術(shù)能夠以計算機(jī)為依托，從電路功能模擬、電路性能分析、電路的設(shè)計以及優(yōu)化、電路功能的測試和完善等全部流程都可以以自動化的形式實現(xiàn)。第三點，EDA技術(shù)具有較高的集成化特點，并可以自身構(gòu)成片上系統(tǒng)。EDA技術(shù)在數(shù)字電子電路設(shè)計中是以芯片為載體進(jìn)行設(shè)計的一種設(shè)計方式。因而，當(dāng)前大規(guī)模集成線路的不斷發(fā)展能夠有效促進(jìn)繁雜的芯片設(shè)計工作的完成，同時也能夠完成專業(yè)化的集成電路設(shè)計[4]。第四點，EDA技術(shù)可以大大提高系統(tǒng)升級的工作效率，它能夠當(dāng)場進(jìn)行目標(biāo)系統(tǒng)的編程，實現(xiàn)有效的系統(tǒng)升級。第五點，EDA技術(shù)具有自動化的特點，且進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的時間并不長，且能夠有效節(jié)約設(shè)計的費用，避免了資源的浪費，同時EDA技術(shù)也具有極大的靈活性和實用性，可操作性較強(qiáng)。

1.2EDA技術(shù)設(shè)計流程簡介

EDA技術(shù)對于數(shù)字電子電路設(shè)計的意義可以認(rèn)為是它將推動了數(shù)字電子電路設(shè)計的一個發(fā)展變革，使其進(jìn)入了一個發(fā)展的新時期。傳統(tǒng)的電路設(shè)計的模式多是以硬件搭試調(diào)試焊接的方式，而E-DA技術(shù)以計算機(jī)自動化的設(shè)計模式對傳統(tǒng)的電路設(shè)計模式進(jìn)行了創(chuàng)新。EDA技術(shù)設(shè)計流程主要包含8個流程依次為[5]：設(shè)計指標(biāo)設(shè)計輸入（將電路系統(tǒng)采用一定的表達(dá)式輸入計算機(jī)，其中包括圖形輸入以及文本輸入）邏輯編譯（將設(shè)計者在EDA中輸入的圖形或文本進(jìn)行有效的編排轉(zhuǎn)化）邏輯綜合（將電路中高級的語言轉(zhuǎn)化為低級的，并與基本結(jié)構(gòu)相應(yīng)射）器件適配（將由綜合器產(chǎn)生的網(wǎng)表文件配置到指定文件中，使之能夠下載文件）功能仿真（跟進(jìn)吧算法和仿真庫對涉及進(jìn)行模擬，以驗證其涉及是否和要求一致）下載編程（將適配后生成的配置文件和下載文件以編程器下載）目標(biāo)系統(tǒng)。

2可編程邏輯器件

數(shù)字邏輯編輯器具有自身的發(fā)展歷程，一般可以將其分為分立元件、中小型標(biāo)準(zhǔn)芯片以及可編程邏輯器件等三個階段。對邏輯器分類方面可以將其分為固定邏輯器和可編程邏輯器。其中固定邏輯器的電路是固定的、不可變的，而可編程邏輯器則可以為使用者提供多種邏輯能力，也可以在不同的時間內(nèi)進(jìn)行改變，進(jìn)而完成不同的功能[6]?？删幊踢壿嬈骷╬rogrammablelogicdevice，PLD）產(chǎn)生于通用集成電路，根據(jù)使用者對器件編程來確定其邏輯功能。可編程邏輯器件具有較高的集成度，一般能夠滿足大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的需求。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的情況下，可編程邏輯器件也隨之不斷發(fā)展。當(dāng)前，可編程邏輯器件已經(jīng)成為解決邏輯方案的首選，這主要是因為它能夠根據(jù)用戶的需求進(jìn)行相應(yīng)的產(chǎn)品功能增加以及產(chǎn)品升級，且操作較為簡便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等優(yōu)勢。與此同時，當(dāng)前一些公司也在不斷對其進(jìn)行研究，不斷完善可編程邏輯器件的功能，并獲得了較為顯著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列產(chǎn)品、Xilinx公司的XC4000的系列產(chǎn)品[7]。

3VHSIC硬件描述語言

VHSIC硬件描述語言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是電路設(shè)計中使用的一種高級語言，主要在20世紀(jì)80年代由美國國防部認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，之后其他公司紛紛推出了VHSIC硬件描述語言設(shè)計環(huán)境。對此，我們需要對VHSIC硬件描述語言具有一個較為清晰的了解。數(shù)字電子電路設(shè)計的第一步就是使用EDA技術(shù)以及相應(yīng)的軟件開發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計輸入。簡單地說就是簡要描述電路設(shè)計、硬件設(shè)計以及測試方法。在設(shè)計一些規(guī)模不大的數(shù)字電子電路時，一般硬件描述的方式為原先的時序波在設(shè)計一些大規(guī)模的數(shù)字電子電路時，其描述方式就需要采用具有較強(qiáng)針對性的硬件描述語言。VHSIC硬件描述語言不僅能夠詳細(xì)描述硬件電路的功能、定時與信號連接的關(guān)系，而且還能采用簡潔的模式準(zhǔn)確描述硬件電路中邏輯較為抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述語言具有詳細(xì)準(zhǔn)確描述硬件電路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述語言成為EDA技術(shù)在數(shù)字電子電路設(shè)計中最為常用的設(shè)計輸入方式和描述語言。在數(shù)字電子電路設(shè)計中，VHSIC硬件描述語言已經(jīng)成為使用最為廣泛的硬件電路應(yīng)用描述語言。這主要是因為VHSIC硬件描述語言具有硬件特點的語句，其結(jié)構(gòu)和語法具有高級計算機(jī)具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述語言在程序結(jié)構(gòu)上也有著十分明顯的優(yōu)勢，它進(jìn)行實體設(shè)計時能夠?qū)⑵湓O(shè)為可視部分和不可視部分。從中可以發(fā)現(xiàn)，VHSIC硬件描述語言與綜上所述，可以看出VHDL硬件描述語言比傳統(tǒng)的其他硬件描述語言相比，如AHDL、VBLE，具有強(qiáng)大的描述功能，能夠有效規(guī)避器件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對數(shù)字電子電路設(shè)計進(jìn)行有效的描述[9]。具體說來，與其他硬件描述語言相比，VHSIC硬件描述語言的特點主要有以下幾個方面：其一，具有強(qiáng)大的功能以及靈活的設(shè)計。這主要是VHSIC硬件描述語言有著功能強(qiáng)大的語言結(jié)構(gòu)，能夠采用簡短的語言進(jìn)行復(fù)雜邏輯的描述；同時，它也具備多層次的設(shè)計功能，支持多種設(shè)計方法。其二，具有廣泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述語言已經(jīng)成為使用最為廣泛應(yīng)用描述語言，因而具有廣泛的支持性；由于其結(jié)構(gòu)化和易讀化的特征，因而易于修改。其三，系統(tǒng)硬件描述能力強(qiáng)大，VHSIC硬件描述語言可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述、寄存器傳輸描述、行為描述，也可以進(jìn)行三者混合描述。其四，與器件設(shè)計相對獨立，在進(jìn)行VHSIC硬件描述語言可以不用考慮器件設(shè)計情況，專心用于VHSIC硬件描述語言設(shè)計的優(yōu)化。其五，移植能力強(qiáng)，能夠共享。VHSIC硬件描述語言設(shè)計完成后可以將成果進(jìn)行分享，避免電路的重復(fù)設(shè)計。除此之外，VHSIC硬件描述語言還具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述語言屬于設(shè)計輸入語言，它能夠通過計算機(jī)詳細(xì)描述硬件電路的運行狀態(tài)，并將其與數(shù)字電路的設(shè)計系統(tǒng)自動綜合。其二，VHSIC硬件描述語言是常用的測試語言，它能夠以測試基準(zhǔn)對數(shù)字電子電路進(jìn)行可以仿真與模擬，進(jìn)而判斷其功能情況。其三，VHSIC硬件描述語言是標(biāo)準(zhǔn)化語言，它是當(dāng)前設(shè)計語言中使用最為廣泛的語言之一，也是當(dāng)前電子領(lǐng)域普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)化語言。其四，VHSIC硬件描述語言是可讀性語言，它不僅可以被計算機(jī)識讀，同時也可以被設(shè)計者識讀。其五，VHSIC硬件描述語言一種網(wǎng)表語言，它獨特的語言結(jié)構(gòu)讓其在計算機(jī)設(shè)計中工作較好，同時它在設(shè)計工具間聯(lián)系的格式中屬于低級設(shè)計工具，即它在門級網(wǎng)表文件形成中具有相互轉(zhuǎn)化的功能和高度兼容性。

4EDA技術(shù)在數(shù)字電子電路設(shè)計中的應(yīng)用

我們可以通過設(shè)計一個數(shù)字鐘電路來展現(xiàn)E-DA技術(shù)在數(shù)字電子電路設(shè)計中的應(yīng)用，該數(shù)字電路鐘能夠顯示秒、分、時。

4.1準(zhǔn)備的設(shè)備

本次實驗主要是選用FPGA芯片EDA技術(shù)實驗工具以及電子計算機(jī)。

4.2實驗設(shè)計方法

依照EDA技術(shù)的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行分層設(shè)計，其內(nèi)容包括數(shù)字鐘；時計數(shù)、分計數(shù)、秒計數(shù)以及譯碼顯示；24進(jìn)位制計數(shù)器、60進(jìn)位制計數(shù)器以及譯碼顯示電路。在VHDL語言描述上，要使用VHDL語言對60進(jìn)位制計數(shù)器、24進(jìn)位制計數(shù)器進(jìn)行描述編程，并將兩者進(jìn)位標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，使其一致。關(guān)于譯碼顯示電路的設(shè)計。在設(shè)計中可以使用動態(tài)譯碼掃描處理電路進(jìn)行處理，這能夠某個時間點點亮單個數(shù)字碼而達(dá)到6個同時顯示的視覺效果，這樣不僅將電路能耗降到最低，同時也節(jié)約了器件資源，并延長了器件的使用壽命[11]。關(guān)于頂層設(shè)計，在這一設(shè)計中需要建立在底層設(shè)計模塊的基礎(chǔ)上，通過原理圖方法將兩者進(jìn)行有機(jī)的融合，進(jìn)而獲得一個完整電路。

4.3編譯下載

篇6

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；課程建設(shè)；EDA；新體系

文章編號：1672-5913(2007)16-0035-03

1引言

電子技術(shù)的發(fā)展使與之對應(yīng)的基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容也不斷地發(fā)生變化。教學(xué)應(yīng)領(lǐng)先于應(yīng)用，而不能落后于應(yīng)用，這是我們教育研究的動力。數(shù)字電路的教學(xué)內(nèi)容的改革，也同樣伴隨著當(dāng)今的電子科學(xué)和電子工業(yè)發(fā)展而發(fā)展。課程的內(nèi)容體系，研究的范圍與方法，學(xué)科的內(nèi)在理論體系與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大眾化教育要求等，都大大促進(jìn)了課程的體系和內(nèi)容的改革。但就目前的數(shù)字電路這樣一門專業(yè)基礎(chǔ)課課程內(nèi)容的設(shè)置問題，如何構(gòu)建出適合我國國情和與當(dāng)今科學(xué)技術(shù)對應(yīng)的數(shù)字電路課程體系，仍要不斷探索。本文通過對這門專業(yè)基礎(chǔ)課的發(fā)展過程的回顧，分析近年來眾多的教學(xué)改革的現(xiàn)狀，就合理設(shè)置數(shù)字電路課程內(nèi)容進(jìn)行了一些探討。

2發(fā)展與現(xiàn)狀

數(shù)字電路的發(fā)展是從開關(guān)邏輯電路開始的，人們在廠家控制電路中的繼電器和開關(guān)構(gòu)成的電路與信號，創(chuàng)建了開關(guān)電路理論與脈沖技術(shù)。在20世紀(jì)60年代這一門技術(shù)由于電子元件替代了機(jī)械開關(guān)元件，使之逐漸成為電子技術(shù)的基本內(nèi)容，得到研究和發(fā)展。隨著半導(dǎo)體元件的快速發(fā)展，電子技術(shù)把研究信號的連續(xù)性和離散性的研究理論體系和研究方法進(jìn)行了分類，形成了以數(shù)字邏輯代數(shù)和離散數(shù)學(xué)為基本理論的數(shù)字電路。最早期以晶體管脈沖技術(shù)為核心的數(shù)字電路課程，研究的方法與模擬電路的晶體管電路研究方法基本相同。

隨著數(shù)字技術(shù)主要研究邏輯和算術(shù)運算、時間控制和計時等方面的應(yīng)用，集成電路技術(shù)在數(shù)字邏輯電路的應(yīng)用，出現(xiàn)了中小規(guī)模的數(shù)字邏輯電路標(biāo)準(zhǔn)器件。這時的數(shù)字電路研究的基本理論并沒有新的發(fā)展，但研究的方法則是以標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路的選用為基礎(chǔ)的數(shù)字電路的分析與設(shè)計方法。

由于計算機(jī)應(yīng)用于電子線路的輔助設(shè)計，超大規(guī)模的數(shù)字集成元件的分析與設(shè)計方法，成為新的數(shù)字電路的研究方向。EDA的工具軟件與PLD元件的結(jié)合，使得數(shù)字電路的研究方法發(fā)生了新的變化。那種以中規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路為基本單元的，自下而上的數(shù)字電路系統(tǒng)的研究與分析設(shè)計方法，已不適應(yīng)當(dāng)前的數(shù)字系統(tǒng)的集成電路設(shè)計要求。利用HDL語言為基礎(chǔ)的自上而下的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計方法得到各種EDA軟件的支持，使得數(shù)字電路研究方法出現(xiàn)了新的飛躍。

大量的學(xué)者與教育工作者認(rèn)識到，以HDL為描述語言的數(shù)字電路設(shè)計方法將成為現(xiàn)代數(shù)字電路研究的發(fā)展方向。與之對應(yīng)的研究成果把數(shù)字電路分為二層進(jìn)行教學(xué)，數(shù)字電路基礎(chǔ)和數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計自動化。作為基礎(chǔ)課，是為了深入學(xué)習(xí)后續(xù)課程來準(zhǔn)備基本的理論知識和基本的研究與設(shè)計方法等技術(shù)基礎(chǔ)。原有的自下而上的數(shù)字電路的課程中，增加了HDL語言的電路描述部分內(nèi)容，保持原有的課程體系不變。隨著EDA技術(shù)在數(shù)字電路的研究、分析和設(shè)計上的應(yīng)用，數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計自動化成為第二層面的教學(xué)內(nèi)容。之所以稱之為第二層面，對于數(shù)字電路而言，研究內(nèi)容大致一樣，研究方法上不在同一層面之上。一個是以邏輯單元為基本研究對象，對數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計是自下而上的，另一個是直接以系統(tǒng)為對象，用HDL語言描述，在EDA軟件平臺上，自上而下的逐步綜合實現(xiàn)的。

3新體系的設(shè)想

把EDA作為數(shù)字電路的主體分析設(shè)計工具。在教學(xué)內(nèi)容上確立其中心位置。以單元電路學(xué)習(xí)形成的基本概念為基礎(chǔ)，以自上而下的電路系統(tǒng)設(shè)計方案為思路，以HDL語言為描述方法，構(gòu)建的教學(xué)內(nèi)容新體系。

改革原有的以邏輯代數(shù)為基礎(chǔ)的思路，把邏輯代數(shù)與HDL語言并行為基礎(chǔ)。改革由單元電路開始自下而上的知識構(gòu)建思路，變?yōu)橐隕DA軟件的工具學(xué)習(xí)為開始的自上而下的知識構(gòu)建思路。

4新體系建立的基本思路

數(shù)字電子技術(shù)在數(shù)字集成電路集成度越來越高的情況下，開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)的實用方法和用來實現(xiàn)這些方法的工具已經(jīng)發(fā)生了變化。特別是可編程邏輯器件的大量應(yīng)用，使原來中小規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)器件在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)用減少。

盡管傳統(tǒng)的基本單元電路對于理解數(shù)字系統(tǒng)基本構(gòu)成模塊的工作原理具有重要意義，但是必須認(rèn)識到電子技術(shù)的新進(jìn)展使系統(tǒng)和數(shù)字邏輯電路的工作過程出現(xiàn)了新的描述方法。未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，對描述方法的理解可能比具體的硬件結(jié)構(gòu)更加重要。

從數(shù)字電路課程的性質(zhì)，專業(yè)基礎(chǔ)課看。如果這個基礎(chǔ)工業(yè)的應(yīng)用范圍變了，中規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件相對應(yīng)的研究方法，占實際應(yīng)用的比例少到一定程度，而取而代之的現(xiàn)代電子技術(shù)的研究方法應(yīng)該定位成課程的基礎(chǔ)。

從舊體系中的課程目的是針對從晶體管電路發(fā)展而來的研究方法與學(xué)習(xí)內(nèi)容，在中規(guī)模電路中進(jìn)行了改革與發(fā)展。引進(jìn)HDL語言的描述，使研究的層面從單元電路發(fā)展為系統(tǒng)級的層次。

舊的數(shù)字系統(tǒng)是在手工設(shè)計流程，一般都是先按電子系統(tǒng)的具體功能要求進(jìn)行功能劃分，然后對每個電路模塊畫出真值表，用卡諾圖進(jìn)行手工邏輯化簡，寫出邏輯表達(dá)式，得到相應(yīng)的邏輯線路圖。再進(jìn)行單元器件的選擇，設(shè)計電路板，最后進(jìn)行實測與調(diào)試。而復(fù)雜電路的設(shè)計、調(diào)試十分困難，無法仿真在設(shè)計中存在問題，查找和修改十分不便，只有在設(shè)計出樣機(jī)后才能進(jìn)行實測，設(shè)計周期長。

新的數(shù)字系統(tǒng)是在EDA中使用HDL對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行抽象的行為與功能描述，到具體的內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)描述，從而使設(shè)計的各個階段，各個層次在EDA軟件環(huán)境中模擬驗證，保證其正確性，周期短。由于邏輯設(shè)計仿真測試技術(shù)是EDA的突出功能，形成的現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的重要特征。適應(yīng)了大規(guī)模的系統(tǒng)級電子設(shè)計的自動化程度。

對于知識構(gòu)建的認(rèn)識。可以從實際的需求，即專業(yè)人才應(yīng)具備的素質(zhì)和能力。在構(gòu)成這樣的素質(zhì)和能力的知識體系，確定應(yīng)具有理論的系統(tǒng)性和完整性去構(gòu)建課程的內(nèi)容。

從大眾教育與精英教育關(guān)系上看，原有的教材所形成的課程內(nèi)容，是以理論研究為目的的課程體系。不適應(yīng)現(xiàn)在的學(xué)習(xí)群體的實際應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要，所以課程的內(nèi)容要從研究型的專門人才，向應(yīng)用型的技術(shù)人才相適應(yīng)。其內(nèi)容處理的方向是注重民應(yīng)用為目的的“必須”與“夠用”為度。

因為新的課程內(nèi)容所提出的結(jié)構(gòu)體系，更加符合大眾教育的特點，和人們認(rèn)識規(guī)律，將大大降低學(xué)習(xí)難度。

傳統(tǒng)的數(shù)字電路教學(xué)內(nèi)容中的課堂與實踐的關(guān)系。是以課堂教學(xué)內(nèi)容為主，實驗只是為了驗證課堂教學(xué)，而采用EDA為中心的數(shù)字電路教學(xué)內(nèi)容的課堂與實踐是同步進(jìn)行了。因為這種教學(xué)與實驗是一個整體的EDA軟件，課堂的演示就可以解決驗證的問題，學(xué)生在EDA軟件的環(huán)境之下，可能隨時隨地在計算機(jī)上進(jìn)行實驗研究。

篇7

關(guān)鍵詞： EDA； DSP； 全定制電路； 自動提取； AutoExtra

中圖分類號： TN702.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）01?0129?04

0 引 言

EDA（Electronics Design Automation，電子設(shè)計自動化）技術(shù)是集成電路設(shè)計方法中非常重要的組成部分，其影響并決定了所有高性能集成電路的相關(guān)設(shè)計方法。當(dāng)前，依托具有自動布局、自動布線等功能的工具實現(xiàn)了ASIC的設(shè)計。在集成電路設(shè)計中EDA技術(shù)主要有兩方面的作用分別為：第一，使得集成電路的功能設(shè)計和功能驗證過程變快，主要指電路的格局安排、線路布置及形式審查；第二，完成專業(yè)人士很難實現(xiàn)的工作，比如說捕獲DSP電路中的寄生參數(shù)、進(jìn)行時序級電路的功能邏輯分析和電路降噪處理等。整合現(xiàn)有的人力和物力資源，并實現(xiàn)電路設(shè)計的大規(guī)模和高復(fù)雜度是當(dāng)今高性能DSP技術(shù)的主要需求，該需求的前提是要在有限的時間內(nèi)，解決途徑之一就是借助EDA技術(shù)。

高性能DSP主要指那些具有強(qiáng)大的運算能力、高存儲性、外設(shè)豐富、加工工藝先進(jìn)、結(jié)構(gòu)體系新的電路。當(dāng)前高性能DSP的主流結(jié)構(gòu)是VLIW體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)最早由TI公司于1996年推出，其指令發(fā)射窗口的寬度[1]一般為3～8。提高主流DSP性能的方法主要有兩個：一是靠電路技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步；二是靠現(xiàn)有電路設(shè)計方法的改進(jìn)。EDA技術(shù)是改進(jìn)電路設(shè)計方法中非常重要的因素，在降低設(shè)計成本的同時，可以提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率[2]。

EDA全定制電路功能模型提取技術(shù)是對電路設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)的一種方法[3]。目前為止，國內(nèi)外已經(jīng)展開了眾多研究。對電路進(jìn)行結(jié)構(gòu)模式匹配、數(shù)字符號分析和體系結(jié)構(gòu)定義是模型提取的三種重要方式。其中，模式匹配需要預(yù)先進(jìn)行各種電路模式的定義，主要有：鎖存器定義、多米諾電路定義以及互補(bǔ)CMOS門的定義，以圖形匹配的方式進(jìn)行DSP電路的識別。電路模式的預(yù)先定義是該方法的主要缺點，對于新開發(fā)的或研發(fā)的電路，需要不斷進(jìn)行電路模式的增加或進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)；由于晶體管級電路的匹配非常難，導(dǎo)致模式匹配的復(fù)雜性[4]。針對上述問題，Bryant發(fā)明了一種高效的算法，該算法能快速實現(xiàn)針對每個子模塊對應(yīng)的布爾模型的建立，也能夠方便地采用數(shù)學(xué)方法獲取子模塊的邏輯功能電路，采用這種方式為MOS電路的符號分析技術(shù)奠定了堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[5?6]。著名的IBM公司采用基于EDA開發(fā)的Verity和GateMaker工具分別進(jìn)行電路的功能驗證和測試報告生成[7]。在高性能全定制DSP中最早進(jìn)行模型提取技術(shù)應(yīng)用的是Verity。該方法的缺點是對時序邏輯不支持，只能對基于路徑的靜態(tài)CMOS門、信號傳輸門和簡單的動態(tài)電路進(jìn)行策略提取。Yang等在FROSTY的研究中結(jié)合了結(jié)構(gòu)分析和模式匹配兩種方法，對復(fù)雜的時序邏輯的識別采用模式匹配的方法。

1 時序電路功能模型提取流程

時序電路的功能模型提取流程，如圖1所示。

（1） 首先進(jìn)行SPICE格式網(wǎng)表的輸入；其次，對電路進(jìn)行網(wǎng)表讀取并進(jìn)行展平。依據(jù)晶體管溝道的連通性特征，將整個電路進(jìn)行CCC劃分。CCC代表了一個最大的集合，該集合表示了相應(yīng)電路內(nèi)部通過溝道相連的晶體管的最大數(shù)量。圖2為電路中晶體管進(jìn)行CCC劃分的展示，從該圖可以明顯看出，三個晶體管被劃分到兩個CCC中。若CCC內(nèi)部無任何傳輸通道，則該CCC就稱之為一個CMOS門；若CCC中包含傳輸通道，則傳輸門和相應(yīng)的邏輯驅(qū)動電路就包含其中。

（2） CCC排序的實現(xiàn)。CCC劃分完畢之后，按照電路中信息的流向，從輸入到輸出實現(xiàn)CCC的排序。在CCC的排序算法中，若有幾個CCC是相鄰的，并且他們能夠構(gòu)成一個閉環(huán)，則該閉環(huán)上的所有晶體管將被1個大的CCC所包含，這些CCC將合并為一個以便于進(jìn)行環(huán)路分析。高性能DSP中，時序電路和動態(tài)電路的分析離不開時鐘的分析。電路中，時鐘數(shù)的提取是在CCC的劃分和排序之后。遍歷算法是其所采用的提取算法，遍歷的方式是：以時鐘數(shù)的輸入節(jié)點為出發(fā)節(jié)點，進(jìn)行整個時鐘數(shù)的遍歷。通過CCC的劃分和排序，還可以對門控時鐘實現(xiàn)復(fù)雜的處理，并進(jìn)行脈沖電路的產(chǎn)生[8]。

在進(jìn)行EDA全定制電路的時序分析中，要求最終的電路模型能夠保持原有的電路模型，并且其在每個晶體管電路中的作用要確切。通過功能模型的提取，最終輸出的是一個RTL級的Verilog文件。

2 時序電路功能模型提取算法

針對偽靜態(tài)鎖存器和主從D觸發(fā)器兩種結(jié)構(gòu)的時序電路進(jìn)行了時序電路功能模型提取算法的研究與設(shè)計。偽靜態(tài)鎖存器是由相應(yīng)的驅(qū)動電路和對應(yīng)的環(huán)路組成。兩個偽靜態(tài)鎖存器組成一個主從D觸發(fā)器。上述的偽靜態(tài)鎖存器和主從D觸發(fā)器再加上由他們擴(kuò)展得到的其他電路類型，是當(dāng)前EDA設(shè)計中研究最廣泛的時序器件。時序器件中，電路結(jié)構(gòu)分析和模型建立是進(jìn)行偽靜態(tài)鎖存器提取算法的兩個組成部分。鎖存器的分析算法設(shè)計如下：

Step1：尋找一個由節(jié)點[N1，N2，…，Nm]和門[G1，G2，…，Gm]構(gòu)成的閉環(huán)。在該閉環(huán)上進(jìn)行多路選擇器[Gi]的搜索。找到之后，以該[Gi]的分支作為閉環(huán)的新驅(qū)動，該分支不在原閉環(huán)上；若找不到這樣的分支，則需要尋找相應(yīng)的三態(tài)門或傳輸門作為閉環(huán)的新驅(qū)動，要求三態(tài)門或傳輸門在環(huán)外。

Step2：審查閉環(huán)及其相應(yīng)的驅(qū)動電路并判斷能否構(gòu)成相應(yīng)的鎖存器。

Step3：對于第[i]個節(jié)點[Ni]被看作是輸出節(jié)點的兩個條件是：被作為驅(qū)動信號的輸出；不在閉環(huán)上的門驅(qū)動。

Step4：[Gi]被稱為閉環(huán)上的互補(bǔ)CMOS門。[Ii，k]是其不在閉環(huán)上的輸入值。如果輸入[Ii，k=0，]則[Gi]的輸出肯定是1，那么[Ii，k]被稱作復(fù)位信號并且[Ci，k=0]；若[Ii，k=1]，則[Gi]的輸出肯定是0，則[Ii，k]被稱作復(fù)位信號并且[Ci，k=1]。

Step5：判斷每一個位于環(huán)上的傳輸門和三態(tài)門其控制信號是不是時鐘，若是時鐘信息，則傳輸門的導(dǎo)通和三態(tài)門驅(qū)動的導(dǎo)通是相互排斥的。

Step6：鎖存器模型的建立。通過觸發(fā)器結(jié)構(gòu)分析，為每個輸出節(jié)點[Ni]建立鎖存器模型。

通過上述算法步驟可知：首先要找到一個閉環(huán)；然后分析該閉環(huán)及其驅(qū)動，并判斷其是否能夠組成鎖存器，若能，則將輸出節(jié)點和復(fù)位信號全部列出。一個閉環(huán)構(gòu)成鎖存器的前提有兩個：一是該環(huán)路是正反饋的，即沿著一定的方向遍歷完所有的節(jié)點后，極性保持不變；二是閉環(huán)的驅(qū)動不是傳輸門就是三態(tài)門。以上算法中，傳輸門和三態(tài)門的導(dǎo)通必須有時鐘進(jìn)行控制。上述算法規(guī)定的CMOS門的類型需要從NAND和NOR中選擇。算法中不同的輸入節(jié)點有不同的復(fù)位信號，近似值[Ci，x]的得出是通過對算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析獲得的。帶掃描功能的鎖存器目前的算法并不支持，而且現(xiàn)在閉環(huán)上的傳輸門或三態(tài)門有且只有一個，導(dǎo)致只能對該算法做進(jìn)一步改進(jìn)。

功能模型可以通過以上算法進(jìn)行確立。每一個鎖存器可能有多個輸出節(jié)點，每一個輸出節(jié)點都可以建立對應(yīng)的模型。RTL級的Verilog描述被認(rèn)為是鎖存器模型的輸出。在鎖存器模型中一般包括以下內(nèi)容：敏感信號表、異步和同步復(fù)位語句、賦值邏輯信息。其中，復(fù)位信號、時鐘信號、數(shù)字信號包含在敏感信號表中。輸出節(jié)點的位置決定了復(fù)位信號的不同，而且要對每一個復(fù)位信息的類型進(jìn)行分析。具體分析過程為：首先，在模型建立之前，判斷對應(yīng)輸出節(jié)點[Ni]的復(fù)位信號[Ij，k]是同步還是異步的，并區(qū)分其高低有效性。根據(jù)如下步驟進(jìn)行輸出節(jié)點[Ni]的復(fù)位信號[Ij，k]的類型分析：

（l） 首先判定同步、異步復(fù)位信號。若節(jié)點[Nj]與[Ni]間傳輸門或者三態(tài)門，且被時鐘控制，那么復(fù)位信號[Ij，k]是同步的；否則，是異步的。

（2） 節(jié)點距離[distance（Nj，Ni）]的定義。CMOS門和三態(tài)門總數(shù)的奇偶性與節(jié)點[Nj]和[Ni]間是否互補(bǔ)有關(guān)，多互補(bǔ)，則為奇數(shù)，并且[distance（Nj，Ni）=1；]否則，[distance（Nj，Ni）=0]。復(fù)位信號[Ij，k]有效時，輸出節(jié)點的值是[distance（Nj，Ni）XNOR Cj，k]。

上述分析中，兩個鎖存器是分開的。他們是否構(gòu)成主從D觸發(fā)器的前提是他們前后相連，在相連情況下，還需要進(jìn)一步確認(rèn)。主要看兩個鎖存器的導(dǎo)通時間是否重疊。分析認(rèn)為，構(gòu)成主從D觸發(fā)器的要求是：兩個鎖存器的時鐘周期相同，有效脈沖不重疊。假設(shè)重疊，那么其重疊時間應(yīng)該小于用戶設(shè)定的閾值。

3 設(shè)計實現(xiàn)

采用C++編程語言，在GNU/Linux下設(shè)計與開發(fā)了晶體管級電路功能模型提取工具AutoExtra。2013年7月完成該工具的主要設(shè)計工作，經(jīng)過測試又修正了存在的Bug。目前，該系統(tǒng)運行較平穩(wěn)。設(shè)計的鎖存器電路圖如圖3所示。

輸入網(wǎng)表的詞法和語法分析器采用的是Flex和Bison設(shè)計的[9]，其輸入網(wǎng)表的格式兼容Hspiee。各種邏輯操作是通過采用BDD函數(shù)包Buddy實現(xiàn)的[10]。CCC維護(hù)局部BDD索引表的目的是為了避免BDD節(jié)點的過度膨脹。全局BDD索引表的使用前提是在索引表的回溯操作下，并且在時序電路功能模型提取算法中要將功能邏輯表示為最小項的和。通過調(diào)用espresso進(jìn)行最小項和的化簡。為了提高程序運行的高效性，對于經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分配和回收是通過設(shè)計存儲管理器實現(xiàn)的。

AutoExtra不僅支持上文所提到的兩種電路類型，而且還支持N?C2MOS。在N?C2MOS中，LSDL邏輯可以看做由動態(tài)門和N?C2MOS鎖存器組成。本文設(shè)計并實現(xiàn)的AutoExtra還具有時鐘數(shù)的自動提取和分析功能。

4 仿真實驗

采用上文設(shè)計與實現(xiàn)的AutoExtra工具進(jìn)行高性能FHGY?DSP數(shù)據(jù)通路中的6個EDA全定制模塊的模型提取。參數(shù)設(shè)置及對應(yīng)的實驗結(jié)果如表1所示。采用Linux操作系統(tǒng)，處理器為Intel 1.7 GHz雙核處理器，2 GB DDR3內(nèi)存，160 GB硬盤。

表1中對電路進(jìn)行仿真實驗，將數(shù)據(jù)通路設(shè)計中的所有電路類型包含在其中。其中，16位的乘法器和寄存器文件中擁有很多的觸發(fā)器和寄存器，并且復(fù)雜的管線電路應(yīng)用于16位乘法器的積壓縮陣列中。輸出網(wǎng)表的模擬是通過verilog模擬器實現(xiàn)的，對輸出網(wǎng)表的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證，并進(jìn)行了仿真實驗對比，對比結(jié)果表明了時序電路功能模型提取算法的正確性。

時序電路功能模型的提取涵蓋了CCC劃分、CCC合并及模型輸出的所有工作，本文的算法也主要集中于該點。功能模型的提取時間主要取決于各個電路中晶體管的總數(shù)及分類。從表1可知，提取時間的遞增順序為：靜態(tài)加法器、動態(tài)加法器、移位器、乘法器、寄存器。由于寄存器電路擁有的晶體管數(shù)目最多，且80%～90%的晶體管均位于多路選擇開關(guān)、鎖存器以及觸發(fā)器中，因此，其提取時間最長。通過表1的實驗結(jié)果可知，對于含有6.0萬個晶體管的寄存器文件，其針對功能模型提取算法的耗時接近4 min，是其他4種電路所花費時間的數(shù)倍乃至幾十倍，其他電路所花費的時間均在半分鐘以內(nèi)。假設(shè)再改進(jìn)網(wǎng)表讀取與展平方法，所有電路的運行時間還會降低不少。

5 結(jié) 論

本文給出了EDA全定制電路功能模型自動提取的流程和相關(guān)提取算法，并通過該算法設(shè)計與實現(xiàn)了AutoExtra功能模型提取工具。仿真實驗結(jié)果表明了EDA工具AutoExtra的高效性，能滿足模塊級全定制設(shè)計高性能DSP電路的功能驗證要求。研究中還發(fā)現(xiàn)電路的提取時間與網(wǎng)表的讀取與展平的實現(xiàn)方法有關(guān)，若改進(jìn)相關(guān)方法，模型提取的時間將更快，設(shè)計的DSP電路的性能將更高。

參考文獻(xiàn)

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篇8

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路課程；實踐平臺；工程設(shè)計；實驗

1概述

在教學(xué)過程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐工程能力，涉及相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)課程體系教學(xué)與實踐，在各高校的電氣、電子信息類專業(yè)中，數(shù)字電路是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在后續(xù)專業(yè)課程中，顯而易見，隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化部分比重增大，它在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中基礎(chǔ)性地位越來越突出。

因此，培養(yǎng)適合現(xiàn)代電氣、電子、信息技術(shù)發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)新數(shù)字電路的課程幾次理論與工程實踐教學(xué)迫在眉睫。

根據(jù)我校近幾年電氣、電子課堂教學(xué)的實踐情況，數(shù)字電路課程應(yīng)該以面向應(yīng)用的數(shù)字電路設(shè)計為核心，在熟練掌握基本電路教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的課程教學(xué)和實踐內(nèi)容。

工程實踐過程中，逐步從自底向上的設(shè)計方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計方法中來，以教師科研應(yīng)用來拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計卓越技術(shù)人才[1]。

2探索構(gòu)建數(shù)字電路教學(xué)中的多層次的創(chuàng)新實踐平臺

2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺構(gòu)思。

面向卓越人才培養(yǎng)的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐教學(xué)，可以分層次進(jìn)行在各個教學(xué)階段逐步推進(jìn)，包括：面向基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計的基本原理與工程創(chuàng)新實驗教學(xué)模塊、面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計教學(xué)和結(jié)合科研項目的創(chuàng)新實踐平臺[2][6]。

多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺架構(gòu)如圖1所示。

2.2數(shù)字設(shè)計的基礎(chǔ)原理與實驗教學(xué)。

數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實驗教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系的基礎(chǔ)入門階段，是培養(yǎng)數(shù)字邏輯代數(shù)與邏輯電路的重要過程，大類可分為時序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計數(shù)器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復(fù)用器、比較器、加（減）法器、數(shù)值比較器和算術(shù)邏輯單元等。教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握組合和時序邏輯電路堅實理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計理論的理解，同時讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步了解面向應(yīng)用和現(xiàn)代科技進(jìn)步數(shù)字電路新的設(shè)計理念[2][3]。

2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計實踐教學(xué)。

隨著電子設(shè)計自動化技術(shù)（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以EDA技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字系統(tǒng)理念已經(jīng)成為企業(yè)工程技術(shù)的核心。數(shù)字電路課程設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)生利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路器件和大規(guī)?？删幊唐骷M(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)背景下，結(jié)合前階段數(shù)字電路課程理論教學(xué)和實驗教學(xué)的實際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計和EDA技術(shù)課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內(nèi)容包括：

2.3.1基于Multisim等相關(guān)軟件的數(shù)字系統(tǒng)仿真實驗?？梢詷?gòu)建虛擬數(shù)字實驗系統(tǒng)，不但較好地模擬實物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實驗平臺開展實驗的設(shè)計、仿真，進(jìn)行實驗內(nèi)容的邏輯驗證。

2.3.2基于通用和專用數(shù)字芯片的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。其主要特點是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語言實現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計，基于EDA環(huán)境仿真和驗證。可以結(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點，采用硬件設(shè)計軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計的實驗教學(xué)中，通過綜合性實驗的自行設(shè)計和實驗，對實驗內(nèi)容、實驗規(guī)模、實驗方法進(jìn)行了綜合創(chuàng)新設(shè)計[5]。

2.4結(jié)合科研項目的數(shù)字設(shè)計實驗創(chuàng)新平臺。

在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時有各自的科學(xué)研究方向，同學(xué)們可以根據(jù)自己的研究興趣，加入教師的科研團(tuán)隊，形成教學(xué)與科研互利的良性循環(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，可以借助橫向或縱向科研項目形成綜合教學(xué)體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創(chuàng)新實驗平臺，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的課程體系[3]。同時，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國際知名的半導(dǎo)體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續(xù)建立卓越人才大學(xué)培養(yǎng)計劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺上進(jìn)行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，在實踐平臺上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實踐，相比改革前，取得很好的實踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計水平得到了提高，同時在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認(rèn)識。

對于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計競賽這個創(chuàng)新平臺，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)研究興趣和創(chuàng)新意識，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計知識，發(fā)揮競賽團(tuán)隊的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過努力，創(chuàng)新設(shè)計的作品獲得專業(yè)認(rèn)可，并取得了良好的參賽成績，也使得數(shù)字設(shè)計課程體系的建設(shè)上了一個新的臺階。

3基于創(chuàng)新平臺的課程體系優(yōu)化與實踐

卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計課程體系協(xié)調(diào)好相關(guān)電氣、電子類專業(yè)上下游相關(guān)理論課程、實驗綜合性設(shè)計同時得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實踐論文所提到的創(chuàng)新實驗平臺，應(yīng)該引進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計理念，重點把EDA軟件、設(shè)計工具、開發(fā)平臺與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們在這幾年對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程體系、創(chuàng)新實踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進(jìn)行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過這幾年的實踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容的改革與實踐

4.1以數(shù)字電路設(shè)計為目的強(qiáng)化基本邏輯電路理論教學(xué)。

在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應(yīng)用場合等。

樹立電路設(shè)計思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設(shè)計思想需要理論講解與實踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計強(qiáng)調(diào)采用硬件描述語言來對電路與系統(tǒng)進(jìn)行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計方法。

學(xué)生在掌握數(shù)字電路基本概念和一般電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法、途徑和手段。其主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)與EDA的相關(guān)概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、開發(fā)環(huán)境與實驗開發(fā)平臺以及應(yīng)用實例的介紹等。這些課程內(nèi)容涉及面較廣，為了提高教與學(xué)的效果，探索總結(jié)了以下的教學(xué)重點內(nèi)容，并作為教學(xué)實踐中的教學(xué)切入點[1]。

隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計在方法、對象、規(guī)模等方面已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的基于固定功能的集成電路設(shè)計[1][2]?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實現(xiàn)高達(dá)千萬門的目標(biāo)系統(tǒng)。這一過程需要也應(yīng)該有先進(jìn)的設(shè)計方法。根據(jù)硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過程中闡述了先進(jìn)設(shè)計方法。例如：采用基于狀態(tài)機(jī)的設(shè)計方法設(shè)計復(fù)雜的控制器（時序電路），應(yīng)用或設(shè)計鎖相環(huán)或延時鎖相環(huán)來處理時鐘信號，應(yīng)用自行設(shè)計（IPcore）軟核來提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數(shù)字電路實驗教學(xué)改革。

實驗實踐教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實踐創(chuàng)新相結(jié)合的實驗教學(xué)改革思路，加強(qiáng)學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實踐相結(jié)合的分析能力。在實踐過程中的提高創(chuàng)新性和綜合性能力，面向應(yīng)用的數(shù)字電路創(chuàng)新平臺建設(shè)，需要不斷提高課程試驗、實驗和實踐過程在教學(xué)中的比例，在符合認(rèn)知規(guī)律的同時，逐步加強(qiáng)來源與實際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計實驗。

5結(jié)語

數(shù)字電路是電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，論文針對當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過程中遇到的主要問題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實踐平臺。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實驗平臺結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關(guān)課程體系改革與創(chuàng)新，使得學(xué)生更快、更好的適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的需求。

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篇9

關(guān)鍵詞： EDA 精品課程 課程改革 人才培養(yǎng)

教育部在精品課程建設(shè)的文件中強(qiáng)調(diào)要切實加強(qiáng)教師隊伍建設(shè)，重視教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革，注重實用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，重視教材建設(shè)，理論教學(xué)和實踐教學(xué)并重，建立切實有效的激勵和評價機(jī)制，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平。

EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）技術(shù)是現(xiàn)代集成電路及電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前集成電路技術(shù)已進(jìn)入超深亞微米工藝和片上系統(tǒng)（SoC）階段，集成化、微型化和系統(tǒng)化的趨勢使得集成電路設(shè)計及以集成電路為核心的電子系統(tǒng)設(shè)計成為一個龐大的系統(tǒng)工程，離開EDA技術(shù)集成電路及電子系統(tǒng)設(shè)計將寸步難行。

EDA技術(shù)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)電子設(shè)計人才，尤其是IC設(shè)計人才的重要途徑。EDA技術(shù)的迅速發(fā)展，使我國高校電子技術(shù)的教學(xué)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，它對教學(xué)思路、內(nèi)容、方法和實驗手段等都提出了新的要求。近幾年，許多高校正在探索新的面向21世紀(jì)的教學(xué)方法，引進(jìn)電子技術(shù)的新發(fā)展成果，開設(shè)EDA課程，改進(jìn)EDA實驗手段，少數(shù)重點高校還獲得了教育部試點投資，建立起了EDA實驗室和重點教學(xué)基地。概括起來，國內(nèi)高等院校開展的EDA教學(xué)內(nèi)容主要是在電子、通信類等課程中借助一些EDA工具軟件進(jìn)行演示或要求學(xué)生利用工具軟件達(dá)到設(shè)計或分析等要求。例如，在電路分析、數(shù)字電路和模擬電路等課程中使用EWB電路輔助設(shè)計和分析軟件、Matlab專用分析軟件和Pspice通用電路分析設(shè)計軟件等進(jìn)行電路的交直流分析、頻率響應(yīng)分析、容差分析及電路與電子線路分析設(shè)計;在通信電路、通信原理等專業(yè)課程，使用SystemView軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)動態(tài)仿真分析。

1.改革課程體系

在課程體系的改革中，我們以適應(yīng)社會需求為出發(fā)點，修訂課程教學(xué)大綱，規(guī)劃和確立該課程的教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)，以培養(yǎng)具有實踐能力的創(chuàng)新型人才為宗旨，課程體系具有合理的知識結(jié)構(gòu)。通過對學(xué)生就業(yè)單位和畢業(yè)生的調(diào)研，分析企業(yè)反饋的信息，可知企業(yè)期望學(xué)生提高實際動手能力和產(chǎn)品開發(fā)能力等，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，增加實踐課程比例，并注重課程內(nèi)涵建設(shè)，做到與時俱進(jìn)，提高學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力和實踐動手能力，同時提高學(xué)生的工藝設(shè)計能力、學(xué)習(xí)的積極性和主動性，強(qiáng)化生產(chǎn)質(zhì)量控制和新產(chǎn)品開發(fā)的創(chuàng)新能力[1]。

在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，我們修訂了教學(xué)計劃，確立了“在夯實EDA課程的理論基礎(chǔ)上，注重實際動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”的教學(xué)思路和方法。在硬件上，不僅搭建了較高水平的實踐教學(xué)平臺：EDA原理的實驗平臺，主要完成驗證性實驗和綜合性實驗（EDA原理及應(yīng)用實驗室），還建立了應(yīng)用創(chuàng)新實踐平臺：完成設(shè)計性和開發(fā)性實驗（電子信息綜合實驗和綜合開放實驗室）。

在軟件上，制定了與實踐教學(xué)體系相適應(yīng)的實驗教學(xué)大綱，編寫了實驗教材，開發(fā)了網(wǎng)上實驗教學(xué)系統(tǒng)。

為強(qiáng)化實驗效果，除傳統(tǒng)的實驗形式外，還要增加電路仿真實驗。利用計算機(jī)對EDA原理及應(yīng)用中的接口過程進(jìn)行模擬，這樣既直觀，又能在計算機(jī)上實現(xiàn)、顯示許多實際中不允許或無法實現(xiàn)的特殊情況，開拓了一條強(qiáng)化教學(xué)效果的新路子。

為提高學(xué)生對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重視度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實驗?zāi)芰?，保證預(yù)期效果，將EDA原理及應(yīng)用實驗教學(xué)部分分為上機(jī)模擬實踐、下載實踐、課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計，各類競賽的開展也為學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)提供了一個好的平臺;通過制度和措施保證實驗室全天對學(xué)生開放;開發(fā)網(wǎng)上實驗教學(xué)管理系統(tǒng)。

2.改進(jìn)教學(xué)方法與手段

（1）多樣化教學(xué)方法及其實施目的、過程、效果及學(xué)生規(guī)模

EDA技術(shù)發(fā)展快，涉及面廣、實踐性強(qiáng)，對教師和學(xué)生的要求較高。掌握EDA技術(shù)，提高解決實際工程問題的能力需要一個不斷積累、不斷探索的過程。在EDA技術(shù)教學(xué)方法上，我們進(jìn)行了革新，改變了過去以教師為中心、以課堂講授為主、以傳授知識為基本目的的傳統(tǒng)教學(xué)模式，而采用教師講授與學(xué)生實踐相結(jié)合，理論知識與現(xiàn)實工程問題相結(jié)合的靈活的教學(xué)方式，留給學(xué)生充分的思考和實踐時間，鼓勵學(xué)生勤于思考，善于把握問題實質(zhì)，不斷提高解決實際問題的能力。

講課時突出重點、難點，注重知識點重組。既注重理論基礎(chǔ)，又強(qiáng)調(diào)實踐實用，既保持學(xué)術(shù)前沿性，又兼顧趣味性，師生互動。教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生運用知識、解決實際問題的能力，課程中引入大量EDA實際例題，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。采用多樣化的教學(xué)方法，學(xué)生規(guī)模為300人/學(xué)期，多元化教學(xué)方法包括：

①交互討論式教學(xué)法：為調(diào)動學(xué)生獨立思考的積極性，理論課教學(xué)中教師或?qū)W生提出問題，師生之間、學(xué)生之間互動討論，調(diào)動學(xué)生的積極參與性;在設(shè)計與綜合實驗中，教師引導(dǎo)學(xué)生討論方案、方法等。

②目標(biāo)驅(qū)動教學(xué)法：教師給出課外作業(yè)、實驗項目及目標(biāo)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)完成實驗的各個環(huán)節(jié)，如資料查找、實驗方案設(shè)計、儀器調(diào)試、實驗結(jié)果測量與處理等。這種方法使學(xué)生任務(wù)目標(biāo)明確，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，有利于培養(yǎng)其獨立工作能力。

③研究式教學(xué)法：采用研究的觀點、研究的思路、研究的方法講授課程內(nèi)容，設(shè)置研究性的作業(yè)和實驗項目。

④現(xiàn)場不講授只指導(dǎo)的方法：對于學(xué)生能夠獨立完成的實驗項目，指導(dǎo)教師不統(tǒng)一講授，只對學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑指導(dǎo)。這種方法有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生獨立思考，自主學(xué)習(xí)。

⑤開放式自主實踐教學(xué)法：開放實驗室，學(xué)生自主實驗，達(dá)到自主學(xué)習(xí)的目的。

⑥課外科技活動指導(dǎo)方法：分小組進(jìn)行實踐活動，開展合作、研究性學(xué)習(xí)。

⑦學(xué)生參與教師科研項目方法：學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可參與教師的科研，教師指導(dǎo)其學(xué)習(xí)與研究。

⑧網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)方法：學(xué)生可通過網(wǎng)站的方式訪問本課程的情況，通過鏈接EDA原理及應(yīng)用課程，可以看到EDA課程組在該網(wǎng)站上所存放的各種資料，包含課程大綱、上課課件、網(wǎng)絡(luò)視頻、習(xí)題分析、難點分析等。

多樣化實驗教學(xué)方法主要體現(xiàn)為不同內(nèi)容、不同對象、不同背景、不同項目情況下多種形式和多種方法的結(jié)合，其主要目的是以學(xué)生為中心，因材施教，因內(nèi)容施教，充分調(diào)動學(xué)生的實踐創(chuàng)新積極性，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。例如，在基礎(chǔ)實驗階段，主要采取現(xiàn)場授課與指導(dǎo)方法;在學(xué)生掌握了基本技術(shù)與方法之后，在設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗中采用只指導(dǎo)不講授或開放式自主實踐方法;在理論課和綜合實驗中采用互動討論的方法;安排課外作業(yè)或科技活動，則采用課外指導(dǎo)方法;目標(biāo)驅(qū)動法則可應(yīng)用于各環(huán)節(jié)之中。各種方法綜合運用的目的是，培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識的能力，讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性。多元化教學(xué)方法尊重學(xué)生的個性和創(chuàng)造性，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到了良好的效果。

（2）教學(xué)手段――多媒體優(yōu)化教學(xué)

教師和學(xué)生可利用網(wǎng)站上已有的EDA教學(xué)大綱、EDA課程課件、教師講課錄像等各種學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)與接受輔導(dǎo);建有多媒體教室，實驗室配備投影、實時攝像投影等多媒體教學(xué)設(shè)備，理論和實驗教學(xué)均采用多媒體輔助教學(xué)，全面實現(xiàn)CAI課件與網(wǎng)絡(luò)課件的結(jié)合，計算機(jī)仿真實驗與實際實驗的結(jié)合，課堂教學(xué)與遠(yuǎn)程網(wǎng)上輔助教學(xué)的結(jié)合，現(xiàn)場實時攝像投影與教師演示的結(jié)合。

根據(jù)教學(xué)的不同階段、不同內(nèi)容和課內(nèi)外情況，采用了上述多媒體優(yōu)化實驗教學(xué)。例如，課前學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)習(xí)，課外可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同學(xué)間、師生間的交流與輔導(dǎo);實驗課上講授基本內(nèi)容時采用CAI課件，演示儀器使用時采用實時攝像投影，學(xué)生在實驗階段采用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)輔助，遇到困難，除向教師詢問外，還可自主到網(wǎng)上資源庫查詢。多種媒體優(yōu)化使用，達(dá)到最佳效果。

3.加強(qiáng)實踐（驗）課教學(xué)

為了使EDA原理及應(yīng)用的實踐教學(xué)體系能適應(yīng)新的要求，從有利于培養(yǎng)學(xué)生自覺應(yīng)用理論知識指導(dǎo)實踐，強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才打下良好的基礎(chǔ)角度考慮，課程組經(jīng)過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系研究和實踐，結(jié)合理論課模塊化教學(xué)模式及專業(yè)素質(zhì)教育要求，執(zhí)行以下實驗課程的改革方案，將整個實驗分為課內(nèi)實驗和課程設(shè)計“兩個階段”。

第一階段：課內(nèi)實驗

在整個課程的教授過程中，結(jié)合授課內(nèi)容的具體安排和需要，單獨設(shè)置了對應(yīng)的實驗課程。EDA原理及應(yīng)用上機(jī)10學(xué)時，實驗10學(xué)時，與理論教學(xué)同步進(jìn)行，包括驗證性實驗與綜合設(shè)計型實驗。在實驗中要求學(xué)生獨立完成所有實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能;加深對EDA原理理論的理解;學(xué)會使用實驗儀器;掌握常用EDA程序的設(shè)計和分析。

第二階段：課程設(shè)計

為了培養(yǎng)學(xué)生熟練使用現(xiàn)代化設(shè)計工具的能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程實踐能力，把培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力放在核心位置，EDA原理及應(yīng)用課程在課內(nèi)實驗之外，增設(shè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)。

課程由教師輔導(dǎo)、學(xué)生課外自學(xué)、設(shè)計制作、論文寫作，答辯等環(huán)節(jié)組成。通過程序設(shè)計、程序仿真及程序下載的設(shè)計過程，使學(xué)生能夠充分理解理論教學(xué)的內(nèi)容，并通過實踐教學(xué)熟悉電子線路設(shè)計和開發(fā)的相關(guān)工具，為學(xué)生今后的科研工作打下堅實的理論及實踐基礎(chǔ)。

根據(jù)“EDA原理及應(yīng)用”課程建設(shè)的需要，設(shè)計出一套可以用于課程開發(fā)使用的實驗板，并便于學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā)，可以強(qiáng)化授課效果，同時提高學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和分析問題的能力，進(jìn)行創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神，并給學(xué)生提供進(jìn)行創(chuàng)造的環(huán)境[2]。實驗儀器如下圖所示：

結(jié)語

通過實施“EDA原理及應(yīng)用”課程改革，使該課程在我院專業(yè)建設(shè)中發(fā)揮了作用。教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生運用知識、解決實際問題的能力，課程中引入大量EDA實際例題，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。近年來，學(xué)生在全國電子設(shè)計大賽、全國“達(dá)盛杯”創(chuàng)新電子設(shè)計競賽中取得了國家級和市級的優(yōu)異成績。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：電工電子；實驗教學(xué)體系；課程教學(xué)改革；探索實踐

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1812-2485（2011）07-015-03

電工電子技術(shù)是電類工科專業(yè)必不可少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,電工電子實驗教學(xué)則是該課程的一項重要內(nèi)容,是幫助學(xué)生理解、掌握和應(yīng)用電工基本理論知識、培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰蛯嶋H操作能力的重要手段。獨立學(xué)院的電工電子實驗教學(xué)基本上仍然沿襲大多數(shù)公立高等院校的實驗教學(xué)模式，沒有針對學(xué)生水平的不同對電工電子實驗教學(xué)做合理的分級教學(xué)，難以適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)的要求。為了更好的服務(wù)于獨立學(xué)院培養(yǎng)實踐應(yīng)用型人才的目標(biāo)，對電工電子實驗教學(xué)進(jìn)行合理的改革勢在必行。要進(jìn)行電工電子實驗教學(xué)改革就必須建立以學(xué)生為本、知識培養(yǎng)與能力培養(yǎng)并重、實驗教學(xué)與理論教學(xué)緊密結(jié)合的現(xiàn)代實驗教學(xué)理念，明確以技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主要目標(biāo)的實驗教學(xué)體系。為此，要大力加強(qiáng)實踐教學(xué)投入，建設(shè)好具有開發(fā)、創(chuàng)新能力的電工電子實驗室，使電工電子實驗教學(xué)能夠符合獨立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才模式要求、貼近生產(chǎn)實際、適應(yīng)社會需要。

1 獨立學(xué)院電工電子實驗教學(xué)課程體系改革內(nèi)容

1.1 構(gòu)建電工電子系列課程實驗教學(xué)大平臺，該平臺主要由通識教育平臺和創(chuàng)新教育平臺組成

1.1.1 通識教育平臺。在通識教育階段，確定了加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬口徑、強(qiáng)化應(yīng)用、重視實踐的人才培養(yǎng)原則。該平臺實驗是各課程的基礎(chǔ)性實驗，包括驗證性的基礎(chǔ)實驗和課程綜合實驗，是實驗教學(xué)體系的基礎(chǔ)，是必修實驗，起著由技術(shù)基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的橋梁作用，學(xué)生對基礎(chǔ)性實驗的熟練程度將直接影響到整個專業(yè)課程實驗。

1.1.2 創(chuàng)新教育平臺。該平臺包含設(shè)計與綜合性實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和自主創(chuàng)新實驗。設(shè)計與綜合性實驗旨在立足基礎(chǔ)、面向應(yīng)用、注意知識遷移、反映大學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和能力要求，培養(yǎng)學(xué)生運用知識的綜合能力和創(chuàng)新意識。

1.2 建立層次化的實驗教學(xué)新體系，精心設(shè)計、優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗教學(xué)體系的建設(shè)關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量，為體現(xiàn)實驗教學(xué)注重能力、個性及創(chuàng)新意識培養(yǎng)的基本原則，我們在實驗教學(xué)體系建設(shè)上突出了分層次、個性化的、課內(nèi)外齊抓的培養(yǎng)模式。根據(jù)難易程度，我們將實驗內(nèi)容分為3個大的不同層次，分別對應(yīng)基礎(chǔ)驗證型、提高設(shè)計型、應(yīng)用創(chuàng)新型實驗，同時對各類實驗項目進(jìn)行分級實驗教學(xué)。這樣從低到高、從基礎(chǔ)到創(chuàng)新、從知識的學(xué)習(xí)到能力的培養(yǎng)，逐級提高的實驗教學(xué)體系，使學(xué)生既能掌握基本實驗操作方法也能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力，既可以滿足不同層次學(xué)生的需求，同時又有利于對拔尖學(xué)生因材施教。

1.2.1 必做的基礎(chǔ)驗證型。包括驗證性的基礎(chǔ)實驗和課程內(nèi)綜合實驗，是實驗教學(xué)體系的基礎(chǔ)，是必修實驗，起著由技術(shù)基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的橋梁作用，學(xué)生對基礎(chǔ)性實驗的熟練程度將直接影響到整個專業(yè)課程實驗。由任課教師根據(jù)課程需要選定實驗內(nèi)容，教師在實驗現(xiàn)場授課并全程指導(dǎo)。

1.2.2 提高設(shè)計型與應(yīng)用創(chuàng)新型實驗。提高設(shè)計型與應(yīng)用創(chuàng)新型實驗內(nèi)容的安排我們強(qiáng)調(diào)強(qiáng)弱電緊密結(jié)合、與科研工程實際及社會應(yīng)用緊密結(jié)合的原則。從培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型和工程型人才的需求出發(fā)，建設(shè)了一系列不同層次、跨課程的綜合實驗室，主要依托電工電子實驗室、電工電子實訓(xùn)中心、電氣工程實驗室、PLC實驗室、DSP實驗室和電子創(chuàng)新實驗室。學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好和需要，允許自主選擇實驗內(nèi)容或項目，貫徹因材施教、因需施教的原則。教學(xué)形式主要有必修課和選修課兩種。一種是對必須加強(qiáng)電工電子綜合知識能力的專業(yè)，教學(xué)設(shè)置為必修實踐課；第二種是開設(shè)供全校理工科各專業(yè)學(xué)生根據(jù)自己需要和興趣來選修的實踐課。

在設(shè)計與應(yīng)用性實驗的實施中，指導(dǎo)教師需要把自己在平時所積累的知識傳授給學(xué)生，使他們少走彎路，高質(zhì)量地完成實驗。做好這類與科研工程實際及社會應(yīng)用緊密結(jié)合的實驗，對大學(xué)生參加科技創(chuàng)新實驗大有益處。

1.2.3 采取開放式的個性化培養(yǎng)模式。開放實驗教學(xué)的目的在于為學(xué)生建立一個貌似寬松、實則嚴(yán)格的學(xué)習(xí)和實踐的環(huán)境，改“牽著學(xué)生的手往前走”到“鼓勵學(xué)生自己往前走”，為學(xué)生留出相當(dāng)?shù)淖灾骺臻g，鼓勵學(xué)生出于興趣和愛好去動腦筋、動手。開放式實驗室為學(xué)生提供了一定的環(huán)境和機(jī)會，為培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力創(chuàng)造了條件。開放實驗室，可以為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、個性發(fā)展、培養(yǎng)創(chuàng)新能力提供充裕的時間和空間，是深化教學(xué)改革，由被動教育變?yōu)橹鲃咏逃?，由?yīng)試教育變?yōu)樗刭|(zhì)教育，全面提高實驗教學(xué)質(zhì)量的有效辦法。

1.2.4 以EDA技術(shù)作為突破口，構(gòu)建軟硬件并重的實驗教學(xué)新體系。長期以來，我國高校實驗課普遍采用傳統(tǒng)的硬件驗證式模式，但隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)日趨完善。針對當(dāng)今國際電子設(shè)計業(yè)界對人才培養(yǎng)能力的普遍認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn)，必須強(qiáng)化學(xué)生電子設(shè)計自動化（EDA）仿真技能的培養(yǎng)?；谶@點考慮，電工電子系列實驗課程分為硬件實驗和軟件仿真兩條線，每條線都突出了分階段培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的特點。

1.2.5 加強(qiáng)實驗講義的建設(shè)。在我校自編實驗講義不斷充實和完善的同時，我們對兄弟院校先進(jìn)的實驗教學(xué)內(nèi)容和體系積極引進(jìn)和消化，不斷將既能體現(xiàn)基礎(chǔ)又能體現(xiàn)綜合的具有代表性的前沿性研究內(nèi)容納入到實驗教學(xué)中，積極組織編寫全新的實驗教材。

2 獨立學(xué)院電工電子實驗教學(xué)課程體系改革目標(biāo)及擬解決關(guān)鍵問題

2.1 改革目標(biāo)：通過課程改革和建設(shè)，應(yīng)達(dá)到如下目標(biāo)

2.1.1 使學(xué)生打牢專業(yè)理論基礎(chǔ)，掌握本學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)在規(guī)律，并具有綜合應(yīng)用知識的能力。

2.1.2 培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決工程問題的動手能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

2.2.3 培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和索取新知識的能力，為將來接受繼續(xù)教育和學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2 擬解決的關(guān)鍵問題

2.2.1 高水平的師資是關(guān)鍵。

2.2.2 優(yōu)秀的實踐教材是根本。

2.2.3 先進(jìn)的實驗設(shè)備是前提。

2.2.4 實踐教學(xué)分層次是客觀現(xiàn)實。

2.2.5 科學(xué)的考核與評價是保證。

3 獨立學(xué)院電工電子實驗教學(xué)課程體系改革的實施方案和實施方法

根據(jù)獨立學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)定位和實驗教學(xué)理念，基于實驗教學(xué)改革總體思路，電工電子實驗教學(xué)必須在廣泛學(xué)習(xí)、調(diào)研、討論的基礎(chǔ)上，以學(xué)科、專業(yè)的發(fā)展趨勢為依據(jù)，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)計劃，以突出能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為目標(biāo)，構(gòu)建由“基礎(chǔ)驗證型、提高設(shè)計型、應(yīng)用創(chuàng)新型”三個層次的實驗教學(xué)體系。才能培養(yǎng)適應(yīng)時展的具有競爭力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

3.1 實施方案

將實驗教學(xué)分為三個層次，第一層次為基礎(chǔ)驗證型，面向全校工科學(xué)生的必修和選修實驗課，學(xué)生可以跨專業(yè)選修自己感興趣的實驗課；第二層次為提高設(shè)計型，除本專業(yè)學(xué)生外，也為相關(guān)專業(yè)和愛好實驗的學(xué)生提供實驗環(huán)境；第三層次為應(yīng)用創(chuàng)新型，以綜合型實驗為主，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，以工程項目、課題研究、科技創(chuàng)新競賽為主，吸引各學(xué)科各專業(yè)有特長的優(yōu)秀學(xué)生參與。

3.2 實施方法

3.2.1基礎(chǔ)驗證型。

（1）課程： 電路分析基礎(chǔ)實驗、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路仿真等必修實驗課程。

（2）教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的基本工程素質(zhì)，基本實驗技能，基本分析和處理問題的能力。

（3）具體要求：

①掌握基本的儀器使用與測試技術(shù)。

②掌握電子設(shè)備的基本操作方法。

③熟識1-2 種EDA工具的仿真技術(shù)。

④熟識中小規(guī)模常用模擬器件和數(shù)字器件的選擇原則、工作原理。

⑤掌握基本電子電路的組成、性能及其參數(shù)測試方法。

⑥每位學(xué)生必須完成一個基礎(chǔ)層綜合實驗和一個PCB圖設(shè)計。

⑦具有電子單元小系統(tǒng)設(shè)計能力。

⑧了解基本的電工、電氣和電路的設(shè)計及制作規(guī)范。

3.2.2 提高設(shè)計型。

（1）課程：單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計（必修）、VHDL課程設(shè)計與實踐（必修）、數(shù)字集成電路設(shè)計（必修）、模擬集成電路（必修）等。

（2）教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生知識更新、獨立分析處理問題的能力以及創(chuàng)新的思維。

（3）具體要求：

①掌握微處理器的基本架構(gòu)原理與構(gòu)造技術(shù)以及其通用的應(yīng)用方法。

②掌握CPLD或FPGA設(shè)計技術(shù)。

③掌握一種典型的單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用技術(shù)。

④初步具有電工電子系統(tǒng)設(shè)計能力。

3.2.3 應(yīng)用創(chuàng)新型。

（1）課程：工程設(shè)計（必修）、綜合應(yīng)用開發(fā)實驗（選修）、現(xiàn)代電子技術(shù)系統(tǒng)實驗（選修）、嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用課程設(shè)計與實踐（必修）、集成電路計算機(jī)輔助設(shè)計（必修）、ASIC設(shè)計實驗（必修）、生產(chǎn)實習(xí)和校外實習(xí)（必修）、課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計（必修），全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽、全國大學(xué)生機(jī)器人競賽、全國大學(xué)生空中機(jī)器人競賽、飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能車競賽、ADI全國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽、校內(nèi)學(xué)生課外科研立項、教師科研項目等各類課外科技活動

（2）教學(xué)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、系統(tǒng)分析、應(yīng)用、綜合、設(shè)計與創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的工程設(shè)計與綜合應(yīng)用素質(zhì)

（3）具體要求：

①初步學(xué)會綜合應(yīng)用開發(fā)設(shè)計電工電子系統(tǒng)的基本程序和要素。

②經(jīng)歷電子板級電路到系統(tǒng)單元的分析，設(shè)計和實現(xiàn)的全過程。

③具有開發(fā)電子綜合系統(tǒng)的能力。

④掌握電子系統(tǒng)項目的開發(fā)設(shè)計和制作能力。

⑤理解電子系統(tǒng)設(shè)計的一般規(guī)律。

⑥了解電子系統(tǒng)的創(chuàng)新思路

4 獨立學(xué)院電工電子實驗教學(xué)課程體系實踐成果

4.1 通過分類分層次實驗教學(xué)調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)化為“我要學(xué)”，可以從根本上促進(jìn)學(xué)風(fēng)。

4.2 通過電工電子實驗教學(xué)課程體系探索，有效的實施素質(zhì)教育，有效的使學(xué)生分流，做到因材施教，有利于學(xué)生個體的多方向性發(fā)展，從而有利于學(xué)生畢業(yè)后的進(jìn)一步深造或就業(yè)。

4.3 電工電子實驗教學(xué)課程體系探索，對教師提出了更高的要求，因此必將激勵教師自身業(yè)務(wù)水平的提高，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)和科研工作。

4.4 電工電子實驗教學(xué)課程體系探索遵從新形勢下的教育指導(dǎo)思想，適應(yīng)時展的要求，進(jìn)一步提高了其理論聯(lián)系實踐的教學(xué)特點。它使學(xué)生能夠?qū)W有所得，學(xué)有所長，成為社會的可用之才，較好地體現(xiàn)了學(xué)生以學(xué)為本的辦學(xué)宗旨，符合培養(yǎng)以應(yīng)用型人才為主的基本指導(dǎo)方針。

4.5 此次探索與實踐中的特色和創(chuàng)新之處

4.5.1 按照學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合、理論教學(xué)與實驗教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的原則，將電工電子實驗課程體系建設(shè)成為以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力為主線，構(gòu)建由“基礎(chǔ)驗證型、提高設(shè)計型、應(yīng)用創(chuàng)新型”三個層次的金字塔結(jié)構(gòu)的實驗教學(xué)體系。

4.5.2 教學(xué)中以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以能力培養(yǎng)為主線，形成教師與學(xué)生信息互動，啟發(fā)創(chuàng)造性思維；在實驗課中因材施教、鼓勵個性發(fā)展、培養(yǎng)拔尖人才；樹立新的質(zhì)量觀念，改革實驗考核方式。

4.5.3 優(yōu)化整合電工電子課程教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)人才培養(yǎng)的需要，按照學(xué)校和學(xué)科專業(yè)設(shè)置的特點，整合電工電子實驗室，統(tǒng)籌安排、合理使用教學(xué)資源，整合后的實驗室為電路分析基礎(chǔ)實驗室、模擬電子技術(shù)實驗室、數(shù)字電子技術(shù)實驗室，電力電子、單片機(jī)和微機(jī)原理、DSP、PLC，使其專業(yè)性更強(qiáng)，并提高實驗室的利用率和開出率，使其很好完成基礎(chǔ)實驗。

4.5.4 實行實驗室開放并建立完善的管理辦法，最大限度地利用實驗室資源，充分發(fā)揮實驗室在實施素質(zhì)教育中的重要作用，為學(xué)生提供自主發(fā)展和實踐鍛煉的空間，提高儀器設(shè)備利用率。開放工作貫徹“面向全校、因材施教、形式多樣、講究實效”的原則，重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力，學(xué)生可以購買基本的實驗器件，利用實驗室的條件，完成自己的設(shè)計。

4.5.5 運用現(xiàn)代化技術(shù)及先進(jìn)的實驗教學(xué)手段和方法，開發(fā)實驗多媒體課件，使用計算機(jī)輔助實驗教學(xué)軟件和多媒體實驗教學(xué)課件，推廣運用虛擬、仿真等實驗技術(shù)手段，拓展實驗的時間和空間，構(gòu)建立體式實驗教學(xué)平臺。

4.5.6 加強(qiáng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，緊跟時代的發(fā)展動態(tài)，實現(xiàn)社會需求、專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)的互動。經(jīng)過深入調(diào)研了解目前相關(guān)企業(yè)急需人才的專業(yè)方向，結(jié)合我院電工電子實驗室的實際情況，提高人才培養(yǎng)的針對性，使教學(xué)內(nèi)容更豐富，針對性更強(qiáng)。

4.5.7 建立專門的電子信息創(chuàng)新實驗室，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實驗條件和設(shè)計要求，自行研究、設(shè)計實驗方案和實驗步驟，完成實驗，碰到問題能夠自己解決。采取學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主導(dǎo)的教學(xué)方式，自行查閱資料、開題答辯、設(shè)計方案、實驗操作、完成實驗項目、拿出實驗成果，教師驗收。根據(jù)學(xué)校規(guī)定，對于完成較好的同學(xué)，計入創(chuàng)新學(xué)分。

4.5.8 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的工程設(shè)計與綜合應(yīng)用素質(zhì)。鼓勵并培訓(xùn)學(xué)生參加各類競賽，主要面向全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽、全國大學(xué)生機(jī)器人競賽、全國大學(xué)生空中機(jī)器人競賽、“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽、ADI全國大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽、校內(nèi)學(xué)生課外科研立項、教師科研項目等各類課外科技活動。

參考文獻(xiàn)

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