EDA技术的实训教学模式的研究与探讨

蔡思静

（福建工程学院 福建福州 350108）

EDA技术的实训教学模式的研究与探讨

蔡思静

（福建工程学院 福建福州 350108）

基于现阶段EDA教学模式分析，提出了基于FPGA平台的EDA实训教学模式，阐述了该模式的设计思路，说明了实训内容的设计安排，描述了该模式在教学过程中取得的效果。实践证明，该教学模式提高了EDA课程的教学和实验效果。

教学模式；SOPC；EDA；QUARTUSⅡ

引言

EDA技术作为一门综合性学科，在硬件方面融合了大规模集成电路设计、制造和封装技术，在计算机辅助工程方面融合了CAD、CAM和CAT等技术，并结合现代电子学知识为现代电子理论和设计的表达与实现提供保障[1]。技术市场和人才市场对于EDA技术的需求与依赖性与日俱增，产品和技术的市场要求必然反映到教学领域[2]。以最近的十届全国大学生电子设计竞赛为例，每年赛题均涉及

EDA技术，这体现了EDA技术在电子类本科教学中的重要地位。

一、现阶段EDA教学模式分析

EDA技术教学在电子与计算机专业本科教学中的普及率和渗透率极高，尤其是作为电子科学本科教学，对学生的思维模式构建有着重要作用[3]。EDA技术的教学具有实践性强的特点，需要通过大量实训反馈才能真正学好。目前大多数高校EDA技术的授课课时数一般安排为48课时，其中实验课占10课时，实践课和理论课的课时数比例约为1：3.8，且课程多安排在三年级。这不难看出其弊端：首先，重理论轻实践的设置，导致学生只注重书面应试。其次，课程安排时间较晚。EDA技术作为专业基础课，是多门专业技术课程的基础(如工业自动化、集成电路设计等)，其结果是导致后续课程得安排到大学四年级开展，与学生的毕业、实习、求职形成矛盾。这导致的结果是：学生对EDA技术的认识非常粗浅；学生对实验箱的操作、定制模块的调用概念模糊；学生不具备SOPC系统开发的能力，降低就业竞争力。

EDA技术现阶段的本科教学而言，存在实验内容设计单一，实验箱利用率不高，实验扩展及创新性不够，学生的实践能力不强，教学成果难达预期等问题。无法满足大学本科，尤其是应用型本科的教学要求。

二、EDA技术的应用型本科教学模式设计

本课题将针对现阶段EDA课程设置存在的问题及需求，进行EDA技术实训教学模式的探索，该实训由65个课时组成，包括课内实验(16学时)、实训设计(课程设计实验(26学时)和独立实验(23学时))。

1.EDA技术的课内实验设计。EDA研究型课内实验设计的目的是：掌握硬件描述语言(VHDL语言)的编程方式及技巧；掌握QUARTUSⅡ、MuxPlusⅡ等软件操作；具备独立完成数字系统设计的EDA开发；熟悉实验箱的功能模块及功能引脚，结合FPGA开发，完成接口及模块调用等综合性的实验设计。

实验内容从简单的组合电路设计到复杂的数字系统设计，可以包括以下两个部分：

(1)基础性实验部分。该部分实验进行逻辑行为的实现验证，即通过EDA工具完成数字电路实验的部分内容，如：计数器、编码/译码电路、分频器及脉冲发生器等。其特点是工作频率低，非EDA技术及相关器件也能完成，EDA技术的优势不明显。

(2)综合性实验部分。该部分进行控制与信号传输功能的实现。如：A/D高速采样、自动化控制、接口与通信模块设计等。其技术指标大幅提高，可以让学生充分认识到EDA技术的优势，并为电子设计竞赛提供实验指导。

2.EDA技术的实训设计。EDA研究型实训模型的设计目的是：掌握软硬件协同开发的SOPC开发流程；可以根据硬件及性能需要进行CPU及外设的选择；具备利用EDA工具编写FPGA软件可识别的文件，可以根据具体需要调用相应的IO及API函数等程序编写能力，利用SOPC Builder定制模块等实际操作能力；熟悉编译下载环境，完成调试和优化工作。

实训模型[4,5]的设计内容可以是基于SOPC平台的算法设计：

实训项目1(基于SOPC的USB枚举实验)掌握SOPC的基本流程；掌握PDIUSBD12核的使用方法；掌握USB枚举的基本过程；掌握PDIUSBD12芯片的基本使用方法。

实训项目2(以太网口口通信实验)熟悉以太网协议；掌握网络分析工具Sniffer的基本使用；掌握RTL8019AS各寄存器的意义及其设置；掌握RTL8019AS数据的发送和接收；掌握自定义IP核-RTL8019AS核的用方法。

实训项目3(音频CODE实验)了解SPI接口工作的基本原理；了解通过软件正确的控制SPI接口；熟悉定制各模块；掌握对SPI接口正确操作的过程。

实训情景1(基于SOPC的USB枚举实验)掌握NiosⅡ CPU配合自定义IP核操作；通过PDIUSBD12芯片的初始化，了解芯片初始化步骤；完成USB设备插入到主机后的基本枚举工作；设计一个除了PDIUSBD12核外的输入型PIO核，负责检测USB的中断请求。

实训情景2(以太网口口通信实验)通过实训内容正确控制RTL8019AS，掌握寄存器的初始化、读取以及通过寄存器正确的收发数据包到PC机。

实训情景3(音频CODE实验)通过实训完成FPGA的SPI接口控制音频CODEC芯片TLV320AIC23的操作。设计如何加入SPI接口，并使其工作在主设备模式。

三、教学改革实施效果

通过实训教学模式的改革，学生的电子操作素养不断提升，主要体现在以下方面：

1.学生操作能力大幅提高。EDA技术实训考核成绩优秀率从9.26%提升到13.2%。08、09级的电科班仅个别小组完成自选环节，答辩率在56%左右。电科10级同学在考核过程中，完成必选环节的同学达到100%，答辩率100%。此外，自选环节完成率达到38%，另外有13%的同学提供了自备创新模块的操作及演示。

2.学生的学习积极性得到充分调动。非电科专业的同学选修人数明显提升，电科专业的课内实验和实训环节均做到选修、出勤和答辩率100%。该课程2013年的教师课程加权平均分在电科专业中达到92.6390，较大分值的领先于其他课程。

3.实现教学相长。该教学模式依托省十二五规划重点项目展开，在项目开展过程中，申请厅级项目一项，校级项目多项，让更多的同学参与到项目中。

四、结束语

该实训模式正不断在教学过程中摸索，并初显成效，主要体现在：首先，学生对EDA平台和开发流程的理解更为深刻，克服以往教学设计中实验教学停留在验证性实验的阶段。第二，增强了学生学习的主动性，以往的课程安排中学生习惯于理论学习，动手操作能力不强。通过不断丰富学生实验操作内容，从编程设计、测试、优化到实验仿真、显示，让学生在实际操作中不断提高工程开发能力和创新水平。第三，达到以实训促理论的效果，学生在实验过程中积累的编程经验和不断激发的创作热情，带动了学习理论知识的热情，并为后续课程的开展打下坚实的基础。当然，该模型还需要不断改进，在今后的教学中将积极摸索，力求适应现阶段EDA教学的需要。

[1]黄卫华,贾历程.基于FРGА的ЕDА实验系统改革与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(4):203-206.

[2]蒋丽华.基于ЕDА技术的单周期СРU设计与实现——计算机组成原理实践[М].北京:清华大学出版社,2012.

[3]刘昌华.ЕDА技术与应用--基于Quаrtus II和VНDL[М].北京:北京航空航天大学出版社,2012.

[4]尹今扬,芦静,陈冰虹,施珩.程控X线机控制系统实训教学模式的探索[J].实验室研究与探索,2012,31(5):209-211.

[5]谭会生.基于ЕDА技术的研究性教学探讨[J],中国电力教育,2012,17(017):35-36,40.

Researching of experimental teaching mode based on EDA technique

Cai Si-jing

(Fujian University of Technology, Fuzhou Fujian,350108, China)

A Researching Teaching Mode based on EDA technique is given and the design idea of the experimental mode is discussed too. The experiment and practical training design of the teaching mode is analyzed. The results show that the teaching mode enhanced the effectiveness of theoretical and practical teaching of EDA.

teaching mode；SOPC；EDA；QUARTUSⅡ

TN702

A

1000-9795（2014）03-0193-02

［责任编辑：刘丽杰］

2014-01-14

蔡思静（1983-），女，福建南平人，讲师，从事微电子学应用及教学研究。

福建省教育科学“十二五”规划2012年度重点课题（FJCGZZ12-013，校内编号：GYS12042）。