集成电路设计方向“四个一”教学架构设计

张德学 郭华 张小军

摘要：针对高校集成电路设计方向课程之间联系不够紧密的问题，提出“四个一”教学架构，即一个CPU、一个SoC系统、一个操作系统（移植）和一个集成电路版图，并对它们的具体含义及实践进行详细阐述。

关键词：教学架构；集成电路设计；版图设计

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）35-0167-02

一、前言

集成电路是信息社会的基石，我国对集成电路芯片需求巨大，但绝大部分依赖进口，目前我国每年芯片进口额超过2000多亿美金，已远超石油进口额。拥有自主研发的芯片对国家信息安全具有重大意义，集成电路已提升到国家战略产业高度，国家先后出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》、《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》、《关于支持有关高校建设示范性微电子学院的通知（教高函〔2015〕6号）》和《关于加强集成电路人才培养的意见（教高〔2016〕1号）》等文件。发展集成电路产业，要求创新集成电路相关专业人才培养机制和模式，提升人才培养质量。各高校相关专业在更新培养方案时，都在进行教学改革，以更好地培养集成电路设计人才。本文针对集成电路方向课程体系建设，提出了“四个一”教学架构。

二、“四个一”教学架构

目前本校电子信息科学与技术专业集成电路设计方向开设有“EDA技术与应用”、“SoPC系统设计”、“实时操作系统”、“计算机体系结构”、“集成电路器件与工艺CAD”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”等课程，开设的课程虽然比较全面，但各课程之间相互独立，联系不够紧密。新修订的课程大纲体现了“四个一”教学思想，即一个CPU、一个SoC系统、一个操作系统（移植）和一个集成电路版图，架构如图1所示。

具体含义是：在“计算机体系结构”课程中，完成一个CPU设计；在“SoPC系统设计”课程中，基于学生自己设计的CPU，构建SoPC/SoC系统；在“实时操作系统”课程中，完成uC/OS-II在该SoC系统中的移植；在“模拟/数字集成电路设计”课程中，完成该SoC系统的版图设计。

三、“四个一”教学架构具体实践

参考OR1200[1]开源处理器或者MIPS[2]处理器源码，分模块设计完成CPU基本部件，最后整合。

采用wishbone[3]总线标准，例化总线互连模块，分别连接CPU、ram、uart等模块，构建基本SoC系统。

参考OR1200平台上uC/OS-II移植，适配到自行设计的SoC硬件，完成实时操作系统移植。

采用Synopsys DC、PT、FM、Astro，Cadence IC5141、Mentor Modelsim、Calibre等工具，按照数字集成电路设计流程，完成SoC系统版图设计。

四、总结

本文针对集成电路设计方向人才培养，提出了“一个CPU、一个SoC系统、一个操作系统（移植）、一个集成电路版图”的“四个一”教学架构，在四门主要课程之间建立紧密联系，学生修完课程即完成了一项综合实践项目。第一届学生实踐效果良好，教学资源面向全院公开，可供全院相关课程参考。

参考文献：

[1]Open RISC 1200.https：//en.wikipedia.org/wiki/OpenRISC_1200，2018.11.

[2]MIPS.https：//baike.baidu.com/item/MIPS/2173143，2018.11.

[3]wishbone.https：//baike.baidu.com/item/wishbone/9948431，2018.11.