时间：2023-10-11 16:32:57
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇集成电路设计的流程，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1非微电子专业开设集成电路设计课程的原则
在非微电子专业如计算机、通信、信号处理、自动化、机械等专业开设集成电路设计技术相关课程，一方面，这些专业的学生有电子电路基础知识，又有自己本专业的知识，可以从本专业的系统角度来理解和设计集成电路芯片，非常适合进行各种应用的集成电路芯片设计阶段的工作，这些专业也是目前芯片设计需求最旺盛的领域；另一方面，对于这些专业学生的应用特点，不宜也不可能开设微电子专业的所有课程，也不宜将集成电路设计阶段的许多技术（如低功耗设计、可测性设计等）开设为单独课程，而是要将相应课程整合，开设一到二门集成电路设计的综合课程，使学生既能够掌握集成电路设计基本技术流程，也能够了解集成电路设计方面更深层的技术和发展趋势。因此，在课程的具体设置上，应该把握以下原则。理论讲授与实践操作并重集成电路设计技术是一门实践性非常强的课程。随着电子信息技术的飞速发展，采用EDA工具进行电路辅助设计，已经成为集成电路芯片主流的设计方法。因此，在理解电路和芯片设计的基本原理和流程的基础上，了解和掌握相关设计工具，是掌握集成电路设计技术的重要环节。技能培训与前瞻理论皆有在课程的内容设置中，既要有使学生掌握集成电路芯片设计能力和技术的讲授和实践，又有对集成电路芯片设计新技术和更高层技术的介绍。这样通过本门课程的学习，一方面，学员掌握了一项实实在在有用的技术；另一方面，学员了解了该项技术的更深和更新的知识，有利于在硕、博士阶段或者在工作岗位上，对集成电路芯片设计技术的继续研究和学习。基础理论和技术流程隔离由于是针对非微电子专业开设的课程，因此在课程讲授中不涉及电路设计的一些原理性知识，如半导体物理及器件、集成电路的工艺原理等，而是将主要精力放在集成电路芯片的设计与实现技术上，这样非微电子专业的学生能够很容易入门，提高其学习兴趣和热情。
2非微电子专业集成电路设计课程实践
根据以上原则，信息工程大学根据具体实际，在计算机、通信、信号处理、密码等相关专业开设集成电路芯片设计技术课程，根据近两年的教学情况来看，取得良好的效果。该课程的主要特点如下。优化的理论授课内容1）集成电路芯片设计概论：介绍IC设计的基本概念、IC设计的关键技术、IC技术的发展和趋势等内容。使学员对IC设计技术有一个大概而全面的了解，了解IC设计技术的发展历程及基本情况，理解IC设计技术的基本概念；了解IC设计发展趋势和新技术，包括软硬件协同设计技术、IC低功耗设计技术、IC可重用设计技术等。2）IC产业链及设计流程：介绍集成电路产业的历史变革、目前形成的“四业分工”，以及数字IC设计流程等内容。使学员了解集成电路产业的变革和分工，了解设计、制造、封装、测试等环节的一些基本情况，了解数字IC的整个设计流程，包括代码编写与仿真、逻辑综合与布局布线、时序验证与物理验证及芯片面积优化、时钟树综合、扫描链插入等内容。3）RTL硬件描述语言基础：主要讲授Verilog硬件描述语言的基本语法、描述方式、设计方法等内容。使学员能够初步掌握使用硬件描述语言进行数字逻辑电路设计的基本语法，了解大型电路芯片的基本设计规则和设计方法，并通过设计实践学习和巩固硬件电路代码编写和调试能力。4）系统集成设计基础：主要讲授更高层次的集成电路芯片如片上系统（SoC）、片上网络（NoC）的基本概念和集成设计方法。使学员初步了解大规模系统级芯片架构设计的基础方法及主要片内嵌入式处理器核。
丰富的实践操作内容1）Verilog代码设计实践：学习通过课下编码、上机调试等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述语言进行基本数字逻辑电路设计的能力，并通过给定的IP核或代码模块的集成，掌握大型芯片电路的集成设计能力。2）IC前端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路前端设计平台DesignCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用DesignCompiler进行集成电路前端设计的流程和方法，主要包括RTL综合、时序约束、时序优化、可测性设计等内容。3）IC后端设计基础实践：依托Synopsys公司数字集成电路后端设计平台ICCompiler，使学员通过上机演练，初步掌握使用ICCompiler进行集成电路后端设计的流程和方法，主要包括后端设计准备、版图规划与电源规划、物理综合与全局优化、时钟树综合、布线操作、物理验证与最终优化等内容。灵活的考核评价机制1）IC设计基本知识笔试：通过闭卷考试的方式，考查学员队IC设计的一些基本知识，如基本概念、基本设计流程、简单的代码编写等。2）IC设计上机实践操作：通过上机操作的形式，给定一个具体并相对简单的芯片设计代码，要求学员使用Synopsys公司数字集成电路设计前后端平台，完成整个芯片的前后端设计和验证流程。3）IC设计相关领域报告：通过撰写报告的形式，要求学员查阅IC设计领域的相关技术文献，包括该领域的前沿研究技术、设计流程中相关技术点的深入研究、集成电路设计领域的发展历程和趋势等，撰写相应的专题报告。
3结语
随着传统集成电路设计和生产流程的改变，大多数芯片设计可以采用无生产线设计和代工厂生产的方式完成[2]，这种流程为高校集成电路设计人才的培养提供了低成本的硬件环境[3]。此外，随着我国对集成电路设计人才需求的逐年提高，在高校非微电子专业开设集成电路设计技术课程已经成为培养相关专业合格毕业生的必须。信息工程大学根据自身软硬件条件和学生具体专业情况，开设了集成电路设计技术相关理论和实践课程，经过两年的教学实践，取得良好的教学效果，培养了一批有着丰富专业技术知识的集成电路设计人才。
作者：宋克张帆沈剑良单位：信息工程大学信息技术研究所讲师
为满足集成电路方面教学和科研的需要，同济大学电子科学与技术系以985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费所购置的设备为主体，充分整合利用本系目前已有的设备，完成了一个覆盖完整的集成电路设计平台的构建。依托同济大学第8期实验教改项目的支持，电子科学与技术系在平台的应用方面进行了有益的探索：针对本科生实验教学完成了集成电路设计系列实验课程开设；在集成电路相关科研项目中进行了实际应用，为科研工作提供了良好的支撑。
【关键词】
集成电路；设计平台；实验教学；科研
进入21世纪之后，集成电路在我国相关产业及教育领域的重要性日益凸显。2000年6月，国务院了纲领性文件《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发2000〔18号〕）[1]，明确了集成电路作为国家战略性新兴产业的地位。在其后的国家中长期科技发展规划等文件中，均将集成电路列为重要的发展方向，自此我国集成电路产业进入了蓬勃发展的时期。产业的快速发展必然需要科技和教育的配合。基于此原因，国务院科教领导小组批准实施国家科技重大专项—集成电路与软件重大专项，其后教育部、科技部决定在国内有相对优势的高等院校建立国家集成电路人才培养基地，分别于2003年、2004年及2009年分3批批准和支持20所高校进行人才培养基地的建设工作。笔者所在的同济大学为第2批建设的6所高校之一。
同济大学电子科学与技术系成立于2002年，历史较短，在集成电路方面的基础较为薄弱。但自成立之初便将集成电路设计列为最重要的教学与科研方向之一，参考国际知名高校以及国内兄弟院校的先进经验[2-4]，在课程设置等人才培养环节进行了积极的探索[5]。但是，集成电路设计强调工程设计实践，如果缺乏相应的设计平台，仅以理论知识为主，会导致培养出的学生与产业需求契合度不高。这也是诸多高校在集成电路设计的实验设置及实践环节进行教学改革和积极探索的原因[6-7]。我系也意识到亟须加强实践环节的相关建设。基于以上原因，我们充分利用985三期实验室建设、教育部修购计划两项经费的支持，在集成电路设计平台的构建方面进行了积极的尝试。
1建设方案与建设过程
1.1平台建设的基础依托985二期实验室建设、教育部修购计划两项经费为我系的教学改革提供了非常有力的支持，根据各个学科方向的统筹规划，分配约150万元用于集成电路及与系统设计相关的设备购置。购置的设备见表1、表2。除以上两部分设备之外，本系已经部分购置了与集成电路设计相关的设备，如Dell服务器、SUN工作站、各类测试与信号发生设备等。因此，我系已经初步具备了建设一个覆盖半导体器件制备与分析、集成电路设计与测试、系统级设计验证完整流程的专业实验与设计平台的基础条件。
1.2总体构想与平台规划基于上述基础硬件设备，我系在有限的场地资源中安排了专门的场地作为半导体器件与集成电路设计专业实验室，以支持集成电路设计平台的建设。将拟建设的半导体与集成电路设计专业实验室划分为4个功能区：服务器与中央控制区、集成电路设计区、集成电路分析与测试区、系统级设计与验证区。总体的规划如图1所示，功能与设备支撑概述如下。（1）服务器与中央控制区。主要空间用于放置3个机柜、承载两个机架式服务器（HP、Dell）、存储阵列（SAS15000RPM接口、初始配置7.2TB）、一个卧式服务器（超微）以及UPS电源、万兆交换机等供电和网络配件。需注意该部分噪声较大，故应与实验室其他功能区隔离。提供VPN、远程配置以及各类必要的服务，配置完整的EDA工具系统，覆盖集成电路设计全流程。（2）集成电路设计区。20个左右的工位，主要为HP工作站。具备两类工作方式：作为终端登录服务器系统使用；在服务器系统不能提供支持时独立使用。除工作站之外，配备2～3个文件柜、工具柜。（3）集成电路分析与测试区。主要功能为集成电路（晶圆、裸片、封装后芯片）的分析、测试。分析与测试系统以两套手动探针测试台（包括基座、卡盘、ADV显微镜）、超长焦金相显微镜（超长工作距离，2000倍放大）、4套微米级精确位移系统（包括探针、针臂、针座、线缆与接口）为主，并配备2台台式计算机以及信号发生器、稳压电源、逻辑分析仪1台、示波器1台，用作信号发生与记录、信号与图像采集功能。配备两个实验工具柜。（4）系统级设计与验证区。6个工位，配备2～3台计算机。考虑到面积有限，而该区功能较多，以多功能复用的方式设置工位的功能。该区的功能包括：①板级电路设计与测试。主要支撑设备为必要的计算机系统（软、硬件）。多台逻辑分析仪、示波器、信号发生器、万用表、稳压电源、必要的电子元器件及焊接设备等。②基于FPGA的系统设计。主要支撑设备为计算机系统（软、硬件）、4套Virtex-5FPGA系统。③嵌入式系统设计。主要支撑设备为计算机系统、3套VeriSOC-ARM9开发平台、多套PSoC开发套件、多套ARM开发套件、微控制器开发套件等。④集成电路系统级验证。与板级电路与测试共用各类设备。
1.3软硬件系统与设计流程构建基于新购买的存储阵列（NetApp）、服务器（DL380G7）、交换机（CISCO），并整合本系统原有的两台服务器（一台Dell机架式、一台超微立式），构成一个EDA开发服务系统。系统构建方面，我们进行了基于传统的EDA开发环境架构，以及基于虚拟化系统进行构建的两种尝试。存储结构上基于存储阵列，提供足够安全的冗余备份与保护。系统具备负载均衡功能。最终构建的系统可直接支持同一实验室内20台以上HP工作站的同时接入，并提供远程登录支持；以及通过同济大学校园网，提供外网的VPN接入支持。在硬件系统的基础上，我们安装配置了完善的EDA工具链，以提供覆盖全流程的集成电路设计支持。
2教学与科研应用
前述所构建的集成电路设计平台仅是基础的软硬件系统，如果要在实际的教学和科研工作中进行使用，尚需进行相关的课程大纲规划、实验方案设计以及实际的芯片设计检验。通过同济大学第8期实验教学改革项目的支持，我们在这些方面开展了一定的工作，主要包括以下两个方面。
2.1教学应用完成了实验方案内容建设，构建形成了一套覆盖集成电路设计全流程的实验方案，并兼顾半导体器件、集成电路测试；设计的系列实验应用于新开设的“集成电路设计实验”课程中，以丰富和扩展该门课程的实验内容，提高学生的学习积极性。该课程每周4学时，已经完成2013、2014两个学年的实验教学工作。具体的实验内容包括反相器实验（电路原理图输入、电路仿真、版图设计、版图设计规则检查及一致性检查、后仿真）、一位全加器系列试验、基本模拟电路单元设计实验、综合定制设计实验、硬件描述语言设计与验证实验（选做）、自动综合与布局布线设计实验（选做）。构建的软硬件平台，除用于集成电路设计实验课之外，亦用于电子系“半导体器件物理”“半导体工艺原理”等多门课程的实验环节，以及本科生毕业设计中。与现有的本科生各类创新活动相结合，为该类活动的人员选拔与培养、培训起到了一定的辅助作用。
2.2科研应用集成电路设计平台除用于相关的实验教学任务之外，亦可为相关的科研工作提供良好的支撑。在该平台所定义的开发环境及设计流程上，我们完成了两款65纳米工艺超大规模集成电路芯片的设计工作，其中一款已经返回，并进行了较为完整的测试，功能及性能均符合预期，芯片如图2、图3所示。这些设计很好地确证了该平台的完整性和可靠性。
【参考文献】
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[4]Bulletinforundergraduateeducation[EB/OL]．
[5]罗胜钦，王遵彤，万国春，等．电子科学与技术专业培养方案初探[J]．电气电子教学学报．2009（31）：89-91．
[6]张立军，羊箭锋，孙燃．CMOS集成电路设计教学及实验改革[J]．电气电子教学学报．2012，34（1）：105-107．
关键词：工程需求；集成电路设计；实践；验证
中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0089-02
集成电路设计是学科交叉特性显著的一个学科，且其发展日新月异，技术更新非常快，而其主要的更新点体现在工艺水平、设计思想和设计手段上。例如，在设计SOC等大规模集成电路时，设计者首先要全方位地把握系统的主体框架，另外还要注重各个环节中的细节，有效利用EDA软件来精确地实现设计并验证其正确性。目前大多数高校开设的集成电路设计课程融入了多媒体教学，但多媒体教学多局限于PPT课件教学，虽然在教学内容上与过去的板书教学相比得到了很大的扩充，但从教学体系上说对于工程化设计流程的介绍缺乏连贯性、完整性，各个知识点的介绍相对来说较为孤立，学生对所学知识的理解无法融会贯通，对工程化设计的理解停留在概念的层面上。目前课程安排中普遍采用理论教学为主，存在实践环节过少、实践环节不成完备体系等问题。学生工程实践能力不能得到有效提升，用人单位需要花大量的时间和人力对应届学生进行培训；学生容易产生挫折情绪，不能快速适应岗位需求。本教改通过对目前国内急需集成电路设计人才的现状的思考，对集成电路设计课程的教学进行改革，实施以工程需求为导向，以工程界典型数字集成电路设计和验证流程为主线的闭环式教学。在国家急需系统级集成电路设计实用型工程人才的指导思想下，在工科院校要培养能为社会所用工程人才的办学宗旨下，以开发学生潜力、提高学生自主学习积极性为目的，结合用人单位的用人需求，我院集成电路设计课程尝试闭环教育，即课程的章节设置参照工程界数字集成电路系统的典型设计流程，知识内容涵盖从设计到流片生产甚至测试的每一个环节，而每一个重要环节都有工程实验与之相对应，形成完备的闭环知识体系。本教改项目闭环教育可分为理论教育环节和实验教育环节。
一、理论教育环节
闭环教育中的理论教育以工程界大型数字集成电路设计的典型流程为教学切入点，然后以该流程为主线介绍各个阶段涉及的理论知识和可供使用的EDA软件，每次进入下一设计阶段的讲解前，都会重新链接至流程图，见图1所示。反复出现的设计流程图，一方面可以加深学生对设计流程的印象；另一方面针对当前内容在流程中出现的位置，突出当前设计阶段与系统设计的整体关联，加强学生对各个设计阶段的设计目的、设计方法、EDA软件中参数设定偏重点的理解。这种教育方法区别于传统的单纯的由点及面的教育方法，避免出现只见树木不见森林的情况，能够在注重细节的同时加强整体观念。
二、实践教育环节
实践教育环节主要是指与理论教育相配套结合的系列实验。针对每个设计阶段都安排相应的较为全面的实验，与该阶段的理论知识形成闭环。而且，所有的实验基本可按照从系统设计开始到流片、测试的完整设计流程串接起来。
图1 大型数字集成电路设计的典型流程
实验指导书撰写了前端设计内容，在数字集成电路系统初期的系统分析、功能模块划分、具体硬件语言描述编译阶段，加入以硬件语言描述、编译、仿真为偏重的上机实验，目的是学习良好的系统全局观，掌握过硬的代码编写能力，并将设计下载至FPGA中作为初步的硬件设计验证手段；撰写了后端设计内容，采用Cadence公司的自动布局布线器SE进行布局布线，介绍面向数字化集成电路的标准化单元概念及其相关工艺库文件的作用，着重讲授从网表到版图的转化过程以及需要注意的问题，如电源网络的合理布局、时钟网络的时序匹配及平衡扇出等方面的考虑。利用版图编辑器Virtuoso Layout进行版图验证，介绍标准单元版图与定制版图的区别、版图设计与工艺制程的关系，重点在于使学生在对版图建立感性认识的同时对IP保护有更深层次的理解。Verilog仿真器进行版图后仿真实验，强调版图寄生参数对系统功能、时序的影响，后仿真时序文件反标的含义；明确后仿真对于保证设计正确性的意义；培养认真负责的验证思想。
实践教育环节大致分为前端设计阶段、后端设计阶段、测试阶段。
1.前端设计阶段。在数字集成电路系统初期的系统分析、功能模块划分、具体硬件语言描述编译阶段，加入以硬件语言描述、编译、仿真为偏重的上机实验，目的是学习良好的系统全局观，掌握过硬的代码编写能力，并将设计下载至FPGA中作为初步的硬件设计验证手段。
2.后端设计阶段。针对数字集成电路的特点，安排面向MPW流片的实验，介绍将电路转化为高可靠性版图的主要步骤。该实验分三个阶段：①采用Cadence公司的自动布局布线器SE进行布局布线，介绍面向数字化集成电路的标准化单元概念及其相关工艺库文件的作用，着重讲授从网表到版图的转化过程以及需要注意的问题，如电源网络的合理布局、时钟网络的时序匹配及平衡扇出等方面的考虑；②版图编辑器Virtuoso Layout进行版图验证，介绍标准单元版图与定制版图的区别、版图设计与工艺制程的关系，重点在于使学生在对版图建立感性认识的同时对IP保护有更深层次的理解；③Verilog仿真器进行版图后仿真实验，强调版图寄生参数对系统功能和时序的影响、后仿真时序文件反标的含义，明确后仿真对于保证设计正确性的意义，培养认真负责的验证思想。
（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023）
【摘 要】本文从分析集成电路设计实践教学的特点入手，对集成电路设计实验中引入研究型实践教学模式的必要性、作用分析及具体实施方法进行了具体探讨，并提出了研究型实践教学对老师、对学生的要求。
关键词 实践教学；集成电路
基金项目：南京邮电大学教改项目（JG03314JX17）。
作者简介：夏晓娟（1982—），女，南京邮电大学，副教授，从事集成电路设计领域的教学与科研工作。
随着教育改革的不断深入，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，且电子产品发展迅速，集成电路设计是与最前沿科技紧密相连的一个方向，相关的课程也应与前沿科技紧密相连，课程的学习更要注重理论联系实际，培养学生的科学思维能力和分析问题解决问题的能力。因此，集成电路设计实验应在传统的实践教学方法基础上，在“研究型实践教学模式”方面进行探讨和实践。“研究型实践教学模式”是指在实践教学中指导学生将所学理论知识用于行业实际问题分析的一种实践方法，旨在培养学生创造性的运用知识、自主的发现问题、研究问题，并解决问题的能力[1-2]。
1 确立研究型实践教学模式的必要性
集成电路（Integrated Circuit，IC）产业是信息产业的基础和核心，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，大多设计均采用无生产线设计，加工采用代工方式。成电路设计具有一定的特殊性，集成电路设计过程需要集成电路专业人才经过严格的实践训练并且积累一定的工程实践经验。全国集成电路设计相关企业对于人才的需要也越来越严格，越来越需要能力型的、具有创造力的人才，应聘的条件之一就是需要有集成电路设计的相关经验。作为一般理工科院校集成电路专业的发展在一定程度上缺乏对集成电路设计应用型人才培养的认识。因此，我们应该改变传统观念，树立IC设计研究型人才培养观。
集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台，采用先进的集成电路仿真软件，将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用，又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式，缺乏对学生创造力的培养，也缺乏与前沿科技的联系，因此需要进行教学改革的探讨和实践。
随着教育改革的不断深入，传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式，又称为研讨式教学模式，是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题，以学生为中心，以知识掌握为基础，以能力培养为主线，以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式，提高学生的创新能力，培养研究型IC设计人才。
2 研究型实践教学模式的作用分析
集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。
集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。
研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。
3 研究型实践教学模式的具体实施
3．1 课程结构优化
指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。
3.2 采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法
在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。
3．3 专业资料查询能力培养
为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。
3．4 指导学生撰写专题论文（报告）
在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。
3．5 鼓励学生参与课题研究
为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。
4 研究型实践教学模式对教师和学生的要求
4．1 研究型实践教学模式对教师的要求
研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。
4.2 研究型实践教学模式对学生的要求
研究型实践教学模式对学生的要求：一是学生要有一定的知识积累，储备了比较完备的基础知识；二是要求学生具有一定的专业知识水平，熟练掌握集成电路的一些理论知识；三是要求学生具备一定的自我控制能力和自学能力；四是要求学生具备一定的科学研究能力。在研究型教学中，学生积极参与显得尤为重要，需要充分调动学生的积极性和主动性。
参考文献
［1］黄雪梅.研究型实践教学有效实现的三个关键环节[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.
关键词：全球价值链 产业集群 集成电路（IC）产业 产业优化升级
全球价值链下的产业升级理论回顾
随着科技的发展，全球化进程加快，跨国公司越来越注重分解生产链，并在全球范围内分配生产链，综合合理利用全球资源，寻求比较优势，从而达到减低成本的目的。在跨国公司的这一生产取向下，全球产业链现象越来越明显，并在此基础上产生产品价值来源的重新组合，即形成全球价值链。
全球价值链理论根源于20世纪80年代国际商业研究者提出和发展起来的价值链理论。从全球价值链角度出发，Kaplinsky(2002)认为存在四种不同层次的产业升级模式，从低到高、迭次推进的工艺流程升级、产品升级、产业功能升级和链条升级四种方式。
不同层次产业升级所要求的技术水平不同，创新人员涉及的综合素质要求不同，要求其为实现该层次创新的投入不同，面临的风险系数也不同，因此，升级的空间和带来的附加价值差别也十分巨大。工艺流程升级可以通过员工的短期技术培训、更换新设备、提高各工厂车间的生产配合等简单方式（也可以通过技术创新，如福特的汽车流水线）来实现，因此带来的附加价值最少；产品升级对技术的要求稍高，它需要研发更新的、更便利的、更实用的、更加高档的产品，获得的附加价值要高于产品工艺流程升级所带来的附加价值；功能升级要改变自身在价值链中的位置，从附加价值低的部分向附加价值高的部分转移，从而获得更高的附加价值；价值链条升级要求离开原来的价值链，寻求新的价值链。
上海IC产业现状分析
集成电路产业，即IC产业，已成为引导世界经济发展的中坚，该产业是否景气会引起世界范围内的经济波动。目前世界各主要国家和地区将IC产业作为战略性产业，并作为重点产业进行扶持和培养。IC产业是信息产业发展的基础和前提，也是信息产业的重要组成部分，IC产业的发展状况直接决定了该地区在产业链中的地位和位势。IC产业链主要由设计、制造、测试封装三个板块组成，相应地，企业也大致分为设计企业、IC制造企业、封装测试企业。
20世纪90年代末以来，在中央以及上海市政府的大力支持下，上海IC产业抓住世界集成电路产业结构调整以及产业转移的机遇，大力推进外资（特别是台资）集成电路产业向上海进行技术转移。随着中芯国际、宏力、泰隆、英特尔和IBM等制造、封装、测试项目以及威盛、智原、扬智、旭上、芯成等IC设计企业相继在上海落户，一条囊括设计、光罩、制造、封装测试以及设备、材料等支持服务在内的集成电路产业链初步形成，上海集成电路产业的整体水平大大提升。
2005年，上海市的集成电路设计业通过重点建设国家集成电路设计上海产业化基地和国家集成电路设计生产力促进中心，已在全国范围内“开创了基地式集群发展的先河”，综合发展能力开始在全国领先。至2005年11月，上海集成电路设计公司的数量已经从2000年初的17家发展到145家，数量占全国总量的25%；上海集成电路设计企业和个人获得国家集成电路布图设计登记，数量连续五年保持全国第一；上海设计企业标准工艺自主设计能力已从2000年的0.6微米跃升至2005年的0.13微米；上海集成电路设计业产值已从2000年的2亿多元发展到2004年的11.1亿元，年增长率达70%；上海集成电路设计企业凝聚了集成电路设计专业人才4000多人。
可见，自20世纪90年代以来，上海集成电路产业取得了长足进步。一个涵盖设计、封装、测试等上下游相关产业的集成电路产业链框架已形成。
由上可知，上海信息产业获得了较快的发展，但在世界信息产业链上的地位不高。按照附加价值高低可以将全球价值链分成四部分：第一部分为美国及部分欧洲国家所处的产业价值链的高端，他们拥有品牌，负责标准制定和产品研发以及系统集成，控制着核心产品和新产品的生产；第二部分为日本所处的次高端，日本是世界电子信息产业的第二大国，是世界消费电子产品的霸主，在微电子、光电子产品以及计算机方面仅次于美国，并具备较强的研发能力，尤其拥有精湛的生产工艺；第三部分为韩国、新加坡以及中国台湾地区等新兴国家和地区，他们处于产业价值链的中端，经过积累，他们已具备较好的生产技术，正发展成为集成电路等部分关键元器件的生产基地，并生产部分高端产品和新产品；而上海地区仍然处于产业价值链的低端，主要从事一般元器件的生产以及整机的加工和组装。
价值链在全球化的同时，本身的构成也发生着变化，使得价值链低端附加值低的部分更加边缘化，进一步降低该部分的附加值，相应地，高端部分附加值进一步提高，价值链弧度收缩，导致国际国内收入差距进一步扩大。国际上，随着跨国公司外包低价值链附加值部分，发达国家获取的收益越来越高，发展中国家的利益越来越少。
从国内来看，掌握大量资本和先进技术的群体可以从全球搜索利润，而劳动者由于低端产业转移面临就业困境。这就使得上海信息产业的进一步发展面临严峻的挑战。
上海IC产业发展存在的问题
从上海市近年来IC产业的发展状况来看，上海市已经成为我国IC产业的支柱之一；然而，从上海IC产业产值的分布来看，其产业结构不尽合理，发展面临众多挑战。
（一）缺乏技术创新能力且对外依赖度高
上海IC产业区技术提升的主要来源并不是大规模的自主研究和开发创新，FDI和众多跨国企业成为上海IC产业的主要资金供应渠道和技术创新源泉，上海IC产业因尚未掌握核心技术，而在国际技术标准上受制于人。信息产业技术处于主导地位的发达国家，为了保护自己对技术的垄断地位和国际竞争力，对出口技术和设备都严格控制。
例如上海集成电路产业是通过引进中国台湾的技术和资金建立起来的，一方面使上海集成电路产业在相对短时间内形成规模，并使中国大陆集成电路制造水平缩短了与国际先进技术的差距；另一方面使上海以集成电路为核心的信息技术产业进一步发展有赖于引进更多的台湾技术，形成技术发展过程中明显的“路径依赖”。
在技术的自主创新方面，上海研究开发费用R&D占GDP对信息产业增加值的关联度不够，对信息产业增加值的拉动作用不大。要维持信息产业的持续高速增长，上海在R&D经费的投入量、密集度、分配比例、人均研究经费、投入结构等方面要重点加强研究。上海地区IC产业的进一步发展要突破技术的瓶颈，仍然要充分利用国际技术扩散机制吸收、学习和积累技术，并提高自身的技术创新能力，逐步缩小甚至消除技术差距。
（二）产业结构不合理
上海ic产业结构不尽合理，自主创新能力弱，产品档次及增值含量低，而且大都集中在中低档次的消费类电子应用领域，大多局限于进口代替的仿制产品类，同时缺乏个性技术及产品，满足不了也跟不上应用市场的需求。
（三）缺乏吸引高素质人才的机制
上海ic产业对高素质人才的吸纳力度仍然欠缺。产业发展不仅取决于本地高校和在校生的多寡，更重要的如何能够吸引并留住人才。黄维德、陈万思（2005）关于上海信息产业人才流动的调查显示，信息产业人才供给的增长速度滞后于产业的发展速度，复合型技术管理人才极为短缺。在高强度的工作压力下，信息人才所享受的薪酬吸引力不够，获得的培训机会不多，工作满意度不高。企业缺乏对人力资本投资的足够重视，使人才高度流动难以长期沉淀和集聚。
（四）产业发展融资方式不足
作为知识经济的核心，ic产业发展过程中需要巨额资本投入，特别是对r&d的投资，但目前上海ic产业由于资本短缺、融资困难，许多新技术、新产品因缺少资本支持而不能投入生产、经营和产业化，错失市场机会。
促进上海ic产业升级的对策
综上所述，ic产业价值链上附加价值最高的部分是研发过程和市场营销过程。国际上也普遍认为电子信息产业及其价值链发展不可或缺的基础和保障条件是ic产业的发展。为促进上海ic产业快速发展，并提高其产品国际竞争力，本文提出以下对策：
（一）提升产品附加价值以提高其国际竞争力
从上海ic产业在世界产业链中的地位及产业升级层次来看，上海ic产业在价值链上实现了工艺流程升级和部分的产品升级，取得了一定的成功，带动了全国ic产业的发展。随着价值链构成的变化，工艺流程升级和产品升级附加价值提升空间缩小，升级难度系数也不断增大，只有转向功能升级和价值链条升级，才能进一步提升附加价值，提高在全球产业链中的地位和位势，提高ic产品国际竞争力，加快国家信息产业的发展。
（二）加强政府扶持力度
关键词：本科教育；微电子；课程体系；结构优化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0033-03
一、引言
微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，对国民经济有着巨大贡献，并渗透到其他很多学科，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。作为电子通信类高校，南京邮电大学建校近50年来，正朝着信息科技类大学进军。随着电子、通信和信息等产业的飞速发展，国内外都需要大量的微电子学人才，我校成立微电子学专业，旨在为我国的ASIC设计方面，培养急需的人才[1-6]。我国“十五”计划纲要明确提出大力发展半导体集成电路产业，为了满足社会的发展和需求，我校微电子专业成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在学校各级领导的重视和关心下，专业建设取得了飞速发展。本科人才培养方案是各专业人才培养目标、培养规格以及培养过程和方式的总体设计，是学校组织本科教学、规范教学环节、实现人才培养目标的纲领性文件，对人才培养质量具有决定性的影响。当今的高校教育不仅需要培养大量理论基础较扎实、具有开拓创新精神的专业型人才，也更需要培养大量工程应用型人才。所谓“应用型人才”主要是指德、智、体、美等方面全面发展的，能够将专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践的高级专门人才。“应用型人才培养模式是以能力为中心，以培养技术应用型专门人才为目标的”。它更加注重的是实践性、应用性和技术性。即基础知识比高职高专学生深厚、实践能力比传统本科生强，是本科应用型人才最本质的特征。本科应用型人才培养模式是根据社会、经济和科技发展的需要，在一定的教育思想指导下，人才培养目标、制度、过程等要素特定的多样化组合方式。
二、深化完善本科教学体系改革的措施探讨
人才培养方案制（修）订工作对于学校实现人才培养目标、进一步深化完善本科教学体系改革具有重要意义，人才培养方案制（修）订需要全面贯彻国家中长期教育改革和发展规划纲要，认真落实教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见等文件要求，不断适应国家和社会发展需要，进一步深化教育教学改革，优化人才培养过程，提高人才培养质量，促进学生全面发展。具体的改革措施探讨如下。
1.进一步明确本专业的特点和优势。培养方案是高等学校实现人才培养目标、开展人才培养工作的总体设计和实施方案，为全面贯彻教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见，以执行最新颁布的普通高等学校本科专业设置管理规定为契机，推动我校新一轮专业建设和教学改革，以不断适应知识经济、科技、社会发展对各类高素质创新人才的需要，根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，构建和完善适合我校办学指导思想、具有我校办学特色的本科创新人才培养体系，根据新《目录》规定的各专业培养目标、培养要求、主干学科、核心课程、主要实践性教学环节、主要专业实验，紧密结合近年“本科教学工程”改革实践，开展本科专业培养方案的修订。本专业培养适应社会发展需要，道德文化素养高，社会责任感强，身心健康，掌握扎实的自然科学基础知识和必备的专业知识，具有良好的学习能力、实践能力、专业能力和创新意识，能在微电子器件、工艺和集成电路设计及相关的电子信息科学领域从事科学研究、产品研发、工程设计、技术管理等工作的专门技术人才。主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。
2.课程设置进一步优化。课程的设置是否合理对人才的培养起到了至关重要的作用，尤其是现今提出的对专业人才的更高要求，需要进一步优化课程体系，合理安排课程内容。首先，在课程设置方面，当前，南邮本科微电子专业经过几年的发展，取得了不少成绩。但世界范围内微电子产业飞速发展的特点决定了高校微电子学科的教学必须紧紧跟随产业发展的步伐。我们在看到以前所取得的成绩的同时也必须看到其中所存在的一些问题，并积极进行改革创新。我校的微电子专业在设立初期，经过各方专家的反复讨论和论证，建立了一套统一的专业课程和教学大纲。这套课程满足该专业最基本的专业要求。但由于微电子专业设立时间不长，仍属于起步阶段，由于硬件条件和师资力量的缺乏和不到位，无法设立多样的课程体系和科目，所以目前的教学仍然是基本上按统一的教学大纲和教学要求组织。随着学校办学规模的扩大，通达微电子学院的设立，选修微电子专业课程的学生人数不断增加，原有的教学课程体系和科目还需要进一步细化、深化、推广。为此，在课程设置上，我们必须对已经投入使用的培养方案进行分析和总结、不断地进行修订和完善，将整个学科的课程结构体系、到具体到每一门课程的知识体系，都进行优化设计，以期在最短的学时内使学生掌握牢固的知识。最终使学生获得以下几方面的能力：掌握扎实的数学、物理等方面的基本理论和基本知识；系统掌握量子与固体物理、半导体物理与器件物理、半导体集成电路设计和制造的基本知识，具有独立进行微电子器件、工艺和集成电路设计的基本能力；了解电子信息类专业的一般原理和知识，受到科学实验与科学思维的训练，具有本学科与跨学科的科学研究与技术开发的基本能力；在综合类实践、实验中具有较强的独立设计、分析和调试系统的能力，能够完成综合性和探索性工作的能力；养成良好的学习习惯，对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力；其次，对于理论课程的内容，针对南京邮电大学的学科特点和电子科学与工程学院的实际情况，以及本专业的特色建设，主要专业方向为微电子器件、工艺和集成电路设计。注重集成电路设计、集成电路版图设计、微电子器件设计和MEMS设计。以能力培养为基础来设计，并考虑学生毕业后从事的职业，根据工作的要求对教学中的课程进行专项的能力和综合能力培养。在通识教育类课程中设置了高等数学、大学物理、物理实验、程序设计等。专业教育类课程中设置了信号与系统、数字电路与逻辑设计、模拟电子技术及电工电子实验等。这些是所有涉及到电类专业的学生都必须学习的课程。在微电子专业的专业课中安排了固体物理、半导体物理、半导体集成电路工艺、半导体器件物理、通信原理，这些课程都是基础理论课程，是为微电子专业的学生打下基本的专业基础。考虑到工程认证的需要，在集成电路与CAD的课程设置上，专门增加了16小时的实验，加强学生的实验和操作技能。在集成电路分析与设计的课程设置中，专门将模拟和数字分开，设置了各48小时的模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计，这不同于其他院校的课程设置，应该也算是我专业的一个特色和优势。使学生掌握初步的集成电路设计知识，加强了学生的集成电路分析和设计的能力。除了已经设置的32小时的VLSI设计实验课和32小时的微电子专业实验，还增加了32小时的工艺实验，这也大大加强了实验和上机比例。具体来讲，已经在建设的ASIC设计实验室的基础上开展了ASIC设计实验课程的教学，并筹备建立了微电子专业实验室，拥有了一批工作站、计算机等硬件资源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等软件资源、学会一到两种EDA工具的使用方法。建设微电子器件和半导体物理专业实验课程，在广泛调研的基础上购置了必要的仪器设备、编写了实验教程、开展了半导体材料实验和晶体管测试实验；基于以上措施，建立一整套完备的、覆盖微电子产业前端和后端工序的微电子实验课程体系。开展了器件和工艺设计实验。掌握一定微电子实验能力是微电子专业本科生应当具备的基本素质。在微电子专业的专业选修课中设置了VLSI版图设计基础、片上系统设计、微电子器件设计、MEMS与微系统设计、新型微电子器件、通信集成电路等多门课程，涵盖了微电子方向的器件设计、电路设计、工艺设计等各个方面。更好地体现了应用型人才的培养方向和目标。再者，实践课程的内容上，由于微电子专业是一个实践性较强、实践内容多的专业，从集成电路的生成流程来看，其实践内容包括系统和电路设计、器件设计、工艺设计、版图设计、实际流片和测试。实践课程的设置对培养学生解决问题能力、判断能力和创新能力极为关键；需要工程认证的专业的实验实践课程必须要达到30%以上。因此，还拟通过建立微电子专业实验室，开设微电子和半导体测试实验课，在培养学生理论知识的同时，加强实践能力的培养，培养既有较深理论基础，又有一定动手能力的全面发展的学生。在实践型环节的课程设置中，通识基础课和学科基础课中安排了电类学科所必须的程序设计、电装实习、电子电路课程设计等。在专业基础课和专业课中，设置了软件设计、微电子课程设计等，尤其是微电子课程设计，将进行较大的改革，要求改革后设计内容都是与本专业紧密相关，全面运用到所学的专业知识。
3.师资队伍的建设。本专业现在拥有专业教师14名，完全满足本科的专业教学需要，但从事集成电路设计方向的老师比较缺乏。还有，学生的个性不同，使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大；随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化，又使学生的未来发展面临很大挑战，学生的需求随之呈现多样化。因此，多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合，这就要求我们必须打破现有的统一模式，根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系，实施分类教学，在保证打好扎实的专业基础的前提下，设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。建立既具有深厚扎实的理论知识功底，又具有精通实践、有很强的动手操作能力和解决生产实际问题能力的教师队伍迫在眉睫。近几年，我学院在引进高水平的师资力量方面进行了不懈的努力，微电子专业教师的队伍在不断扩大，教师的专业方向也在不断丰富，能够胜任并有选择性地担任各主要方向的专业课教学。但仍然缺乏学科带头人，缺乏一个凝聚人心的事业平台，学术梯队。这就要加速建设学科带头人、重点骨干教师和优秀青年教师4个层次的学术梯队。通过培养和引进，形成一批整体素质高、学术实力强、结构合理、具有团结协作精神的学术梯队，使其在学科建设中发挥突出作用。鼓励教师积极申报各类项目，积累一定的设计、实验和操作经验。鼓励教师与公司、研究所合作，鼓励教师到国内外高校去做访问学者，积极参加国内外举办的国际会议，从而了解专业的最新发展、前沿问题，开阔眼界。
三、小结
总的来说，微电子学是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础。培养方案是高等学校实现人才培养目标、根据我校教育教学改革的实际，及时总结人才培养经验，以“本科教学工程”建设工作为抓手，积极参与教育部“卓越工程师教育培养计划”及“工程教育专业认证”，进一步更新教育观念，深化教育教学改革，提高本科教育质量，迫在眉睫。其中需明确我校的特点和优势，以通信集成电路设计为主要方向，同时兼顾工艺设计与器件设计。相信通过培养方案、课程设置、师资等各方面的建设，一定会培养出高质量的微电子学领域人才，为我国的微电子工业做出贡献。
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关键词 工程教育专业认证；射频微电子；卓越工程师
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）11-0007-02
1 引言
工程教育专业认证对保证和提高工程教育质量、推动我国卓越工程师教育培养计划具有重要作用。我国工程教育于2013年6月在韩国首尔召开的国际工程联盟会议上成功加入《华盛顿协议》，成为预备会员，这标志着我国工程教育迈出重大步伐，为工程类学生今后走向世界提供了具有国际互认质量标准的“通行证”。工程教育专业认证作为国家工程师制度改革的基础和前提，也将为广大工科学生未来的工程执业提供便利[1-2]。
随着国内半导体制造现代化工艺线的不断建设和扩展，以及微电子技术的飞速发展，IC产业对微电子人才需求日益增加。目前我国正面临微电子技术人才奇缺的局面，对培养人才的要求也日益提高。射频微电子学课程作为电磁场与微波技术方向的专业核心课程，是数字通信、射频系统以及射频集成电路设计的基础。建立能适应新形势下满足工程教育认证标准要求的射频微电子学课程教学体系，提高射频微电子学课程教学水平，是电类专业顺利通过工程教育专业认证的重要环节之一。
为实施教育部“卓越工程师教育培养计划”，切实增强学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，本文结合客观实际，从教学方式方法改革、学生工程实践能力培养、侧重学生对所学知识的应用和创新能力的教学评价方法的研究和实践等方面着手，建设面向工程教育专业认证的射频微电子学课程教学体系[3]。
2 改进教学方式方法，提高学生学习的积极性
采用先进现代教学手段是提高学生学习兴趣和积极性的重要方法之一。
1）在保证知识结构的系统性和知识点布局的全面性基础上，采用启发式互动教学法，充分调动学生学习微电子课程的积极主动性，引导学生主动分析工程实际问题，有效提高课程的教学质量。
2）改进多媒体课件，使教学更贴近工程实践。使用视频剪辑、动画、实物照片等教学手段，向学生展现该课程的核心内容以及所学理论的工程实践应用，增加学生对射频和微电子的感性认识。例如：在介绍S参数时，可以通过视频录像介绍工程实践中利用矢量网络分析仪测试射频无源器件及有源器件S参数的方法；在介绍微波传输线时，可以向学生展示由微带构成的射频前端系统中的馈电网络的实物照片和调试过程的视频录像；通过收集并展示各种射频无源（滤波器、功分器等）、有源器件（低噪声放大器、混频器等）的照片和实物，使学生更形象地认识射频器件，提高学生的学习兴趣。
3）推进课程网站的建设，以网络教学作为教学辅助手段。在教学网站上提供国外著名科教网络频道有关射频技术和微电子学的课程课件和相关教学资源，课堂教学课件、射频微电子技术常用的网络资源和网址，建立讨论区供学生相互讨论和教师答疑，建立专门的网页介绍射频微电子技术的前沿和发展方向，鼓励学生跟踪前沿技术自主创新。
4）在教学评价方面，侧重学生对所学知识的应用和创新能力的考查，将小组自主学习、研究性学习的情况纳入对学生成绩的评价，引导学生重视课程的实践环节，改变单一的考试成绩评价方式，重视学生在学习过程中的自我评价和自我改进。
3 注重学生面向工程实际的能力培养，改革射频微电子学实践教学内容
微电子学课程体系主要包括微电子器件和工艺、集成电路设计与应用两大类，应用性极强，学生需经过实际器件工艺的操作和具体集成电路的设计，才能深刻理解器件工作原理、掌握集成电路仿真和版图绘制方法，全面了解集成电路设计的全过程，达到很好的教学效果。
作为该课程体系中重要的一门课程，射频微电子学是一门理论性与工程性都很强的课程。如图1所示，射频微电子学涉及许多学科交叉领域，因此，学生不仅需要学习数字集成电路设计、模拟集成电路设计等理论课程，掌握集成电路原理，还要能利用各代工厂提供的工艺库和器件模型进行各种集成电路原理设计和版图绘制。现代射频集成电路的开发流程，由仿真域（设计、仿真、验证）实体域（电路实现）测试域（测试验证）三个环节构成。工业界需要的合格的射频微电子工程师必须具备在上述三个领域的全面知识和技能。目前培养的学生比较注重基础理论的学习，仅对仿真域中的设计环节比较熟悉，而仿真、电路实现、测试等方面的能力比较欠缺。
因此，在教学过程中，为了培养学生的工程实践能力，除了基础理论知识的教授外，还需教授学生掌握电路CAD软件、电磁场仿真设计工具（HFSS、IE3D或CST）、各种集成电路测试设备（矢量网络分析仪、示波器、信号源、频谱仪和噪声仪），并要求学生利用电磁仿真软件对所学的射频无源及有源器件（如滤波器、功分器，低噪声放大器、混频器、振荡器等）进行分析和设计，使学生不仅能更深刻地理解所学习的射频器件的工作原理及射频集成电路设计方法，也能熟悉和掌握仿真软件。学生在教师或助教的指导下，自主设计、仿真验证射频无源器件（如滤波器、功分器、工分器等）及其有源器件（如低噪声放大器、混频器等），在此基础上进行射频系统前端的集成电路设计，然后通过评估筛选出性能较好的设计，制作实物并进行工程测试。这样就实现了对学生在射频集成电路工程设计重要环节由仿真域（设计、仿真、验证）实体域（电路实现）测试域（测试验证）能力的培养。
在理论教学的基础上，通过小组学习讨论的方式，鼓励学生按课题小组设计多种射频元器件。但由于射频器件及射频系统前端的集成电路的制作和工程测试的成本较高，无法满足所有学生的需求，对器件的制作和测试必须择优进行。在实际的实践教学中，只进行某种器件设计的小组为参照组，评估完成整个设计、仿真、制作、测试流程的小组对该器件掌握的改善情况。
4 进行校企合作的卓越工程人才联合培养
射频微电子学教学可在校企联合培养机制下，建立必要的激励政策，充分发挥企业的行业优势，引导教学从注重学生“考试结果”向注重学生“学习过程”的转变。这反映到本课程的教学内容上，要强调理论性与本课程的有机结合，突出案例分析和实践研究；反映到教学过程中，要重视运用团队学习、案例分析、实践研究和模拟训练等方法的运用。在考核时，对校外课外的实践内容实行严格的考核，比如邀请校外射频微电子工程技术人员与校内专业教师组成考核小组，考核学生在企业实习的具体表现。根据实际条件，增加工厂生产实习环节，使学生能在综合运用所学知识的基础上，加强对企业岗位操作规程及相关管理规程等的详细了解。
5 结束语
本文在工程教育专业认证背景下并结合本校的本科卓越工程师教育培养和专业建设，基于笔者近两年来在微波技术与天线、射频微电子学课程授课过程中的总结，探讨建立新形势下能满足工程教育认证标准要求的射频微电子学课程教学体系，从而适应国际化、社会化、高素质、创新型人才的培养需求。需要指出的是，由于受到教学经验和客观实际的限制，笔者只是简要地讨论了在工程教育背景下本课程教学的转变，在未来的教学过程中会进一步进行思考和总结。
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第一条:本办法所称集成电路产品，是指通过特定加工将电器元件集成在一块单晶片或陶瓷基片上，执行特定电路或系统功能的产品（包括单晶硅片，即呈单晶状态的半导体硅材料）。
本办法是为集成电路产品的生产企业享受优惠政策制定的审定办法和认定程序。
第二条:根据上级规定和授权范围，*市科学技术局会同*市国家税务局负责管理全市集成电路产品的认定工作：
（一）审定、授权我市的集成电路产品认定机构；
（二）监督检查我市集成电路产品的认定工作，审核批准认定结果；
（三）公布我市集成电路产品认定目录；
（四）受理对认定结果、年审结果以及有关认定决定的异议申诉。
第三条:经研究，*市集成电路产品认定由*市科技局负责受理，并委托*市集成电路设计创业服务中心具体负责实施集成电路产品认定和年审工作。
第四条:为保证认定工作的权威性和公正性，*市集成电路设计创业服务中心应组建专门的认定专家委员会，其成员应以集成电路行业的专家为主，并得到市科技局与市国税局的认可。专家委员会负责审查企业的认定申请，提出认定意见。专家委员会对认定意见实行投票表决制，三分之二以上多数通过有效。
第五条:认定机构在认定工作中要遵循公平、公正、科学、高效的原则，并为申请企业保守商业秘密。
第六条：申请认定集成电路产品应符合下列条件:
（一）符合国家对有关集成电路产品的基本规定；
（二）自产的集成电路产品（包括晶圆片、芯片）；
（三）不包括销售和受托封装的产品。
第七条:申请集成电路产品认定应当提供下列材料:
（一）集成电路产品认定申报表；
（二）企业营业执照副本和税务登记证副本（复印件）；
（三）表明型号标识和产品外部特征的实物图片（指成品电路）；
（四）所使用的设计软件、产品的生产流程、产品特点、技术含量、产品用途等说明材料；
（五）其他需要出具的有关资料。
企业自主设计而在境内确实无法生产需委托境外加工的集成电路产品，还需提供下列材料:
（一）产品知识产权的相关材料；
（二）在国内无法加工的情况说明；
（三）境外委托加工合同副本。
第八条：企业申请集成电路产品认定时，提交的材料必须完整准确、真实有效。申报材料要求报送一式三份，并同时报送电子文档。
第九条：认定机构收到申报材料后首先进行形式审查，如在形式审查中发现申报材料不够完备应及时通知原申请单位补报有关材料。
经形式审查合格的资料统一整理后交认定专家委员会进行评审。认定机构根据评审结果形成认定意见，上报市科技局与市国税局核准。核准后的认定结果向社会公布并接受监督。
第十条：对经过认定的集成电路产品实行年审制度。企业应在年审通知规定的时限内报送年审材料。认定机构负责对企业报送的年审材料进行审查，审查结果报市科技局与市国税局核准。放弃年审或年审不合格的集成电路产品其认定资格自下一年度起取消。
第十一条：企业对认定结果、年审结果以及认定机构作出的其它决定有异议的，可在收到通知或公告后的60日内，通过原申报渠道提出申诉，并提交异议申诉材料。有关机关应在收到申诉材料的60日内作出处理决定。
第十二条：经认定的集成电路产品，企业凭市科技局与市国税局的认定批准文件，向所在地主管国税机关办理享受优惠政策的手续。
第十三条：认定机构可以向申请集成电路产品认定的企业收取适当的认定审查费，但应当以不盈利为原则。收取的费用主要用于资料整理、专家评审等必要的开支，实行单独核算管理并接受认定工作管理机关的监督。具体预算和收费标准报市科技局会同市国税局批准后实施。
关键词：EDA；SoC；教学特色
作者简介：侯宁（1982-），男，河南镇平人，河南城建学院电气与信息工程学院，讲师；赵张飞（1984-），男，安徽滁州人，河南城建学院电气与信息工程学院，助教。（河南 平顶山 467000）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0088-02
集成电路工艺的不断进步，使得整个嵌入式系统可以集成到单颗芯片中，称为系统芯片（System-on-a-chip，SoC）。SoC是在专用ASIC的基础上发展起来的，其不再是功能单一的单元电路，而是一种面向某种应用的嵌入式系统。[1，2]与由分立器件构成的板级系统相比，SoC在成本、体积、速度、集成度、功能多样性等方面均具有极大优势，是各种自动化设备、汽车电子、家电、消费类电子领域的核心部件。
由于我国在集成电路设计领域起步较晚，虽然历经十余年的奋起直追，但与国外的差距反而有逐步拉大的趋势。2012年，国内芯片进口总量2197.17亿个，总额约1650亿美元，已经超过石油进口总额的1200亿美元。SoC芯片的进口量更是在芯片进口总量中占有极大比重，因此，培养合格的集成电路设计人才是高校面临的一项极其迫切的任务。
一、EDA技术教学面临的挑战
SoC系统设计包含硬件设计和嵌入式软件设计两个方面，需要微机原理、数字电路设计、模拟/射频电路设计、嵌入式软件等多学科的知识与技能。同时，由于SoC系统需要软硬件协同实现系统功能，因此设计者必须在定义SoC功能规范时，确定SoC系统的软硬件划分。随后，按照软件工程方法学设计嵌入式软件，按照VLSI集成电路设计方法学设计硬件。在设计过程中也需要结合软硬件协同设计的思想，加快SoC系统的设计进度。[3，4]
现阶段，我国高校中电子类及通讯类专业均开设有导论性质的SoC系统课程，但是理论性太强，学生缺乏对SoC系统的直观认识并且出现重嵌入式软件，轻体系结构及硬件设计的问题。学生对系统总线、知识产权核（intellectual Property，IP）、软硬件划分、软硬件协同设计等概念不甚了解。
EDA技术是通讯工程、电子信息工程、电子科学与技术及相关专业的一门专业基础课，也是唯一一门讲述现代数字电路设计方法及流程的课程。[5]当前EDA技术实验面临内容单一，实验项目常以验证型实验为主，学生的设计难以突破实验箱的限制。[6]此外，在该课程教学之前，学生通过微机原理、单片机原理等课程的学习，已经对嵌入式系统的体系结构、指令集等概念建立起整体认识，但是由于面对的仍然是8051、8259等分立器件，学生还没有建立系统的概念，特别是软硬件协同设计的思想。因此，EDA技术教学中，在学生掌握了基本组合电路、时序电路设计方法后，利用一个真实的SoC系统平台进行实践教学，可以使学生进一步理解SoC系统，通过SoC系统实验使学生初步建立起软硬件协同设计思想。
二、SoC系统平台介绍
为了满足EDA设计课程教学中SoC系统实验的需要，笔者开发了一款嵌入式SoC系统平台，如图1所示。
嵌入式SoC系统平台包括一款兼容ARM指令集[7]的处理核。AHB总线挂接内部存储器，默认从设备，中断控制器。处理核通过APB总线桥访问常用的慢速外设，包括通用IO、定时器、SPI接口、I2C接口以及UART接口。
嵌入式SoC系统平台结构简单，参数化设计，外设丰富，除了满足SoC系统实验要求外，还可以做为EDA课程设计的基础平台开展一些开放性实验。
笔者开设的SoC系统实验课没有采用Altera公司的SOPC实验环境。[8，9]笔者认为对于初步接触SoC系统的学生而言，该平台涉及的自动化工具过多，容易将学生学习的注意力转移到工具的使用上，而忽略了对SoC系统本身的学习。
三、SoC系统实验介绍
已经开设的SoC系统实验包括系统总线实验、通用总线接口（General Purpose Input Output，GPIO）设计实验和开放性实验三部分。通过这部分内容的学习，要求学生掌握系统总线、IP核的概念，初步建立软硬件协同设计思想并理解软硬件资源开销。
1.系统总线实验
微机原理和单片机课程通常以8051作为授课对象。8051的外部总线是一种板级三态总线，要求地址和数据总线复用，完全不同于强调流水操作的现代系统总线。AMBA总线是ARM公司定义的一种系统总线规范，用于ARM处理核与外设IP间的数据通讯，是一种典型的现代系统总线。①由于ARM处理核超高的市场占有率，AMBA总线标准应用广泛。
AMBA总线规范内容较多，实验仅涉及AHB-LITE总线和APB总线的基本操作。
图2所示为一个典型的AHB-LITE总线系统，实验要求学生自己定义各个外设的总线地址区间，设计出总线的译码器模块和多路选择器模块。
APB总线桥连接AHB总线与APB总线，这部分内容作为开放实验的一部分，供学有余力的同学学习。实验中仅要求学生掌握APB总线的基本读写时序。
通过系统总线实验，使学生理解现代系统总线的设计思路，理解板级总线与片内系统总线的区别。
2.GPIO设计实验
GPIO是SoC系统最基本的外设IP，可以用作各类总线扩展接口，还可以提供额外的控制监视功能。本实验要求学生需要依据设计规范，设计出一款基于APB总线接口的GPIO外设IP，特别要求GPIO支持硬件“读―改―写”操作。通过该实验使学生理解IP核的设计重点，重点建立软硬件划分的设计思想，理解软硬件资源开销。
图3所示为实验技术规范定义的GPIO框图，主要包括数据模块和中断模块。GPIO规范要求设计具有如下特征：软件配置输入或者输出；支持硬件“读-改-写”功能；可配置作为中断源；可配置支持上升沿和下降沿中断。
在实际教学中，要求学生必须完成GPIO的数据模块的设计。中断模块的设计可作为开放性实验。在实验中，要求学生用软件实现“读―改―写”操作，与硬件的“读―改―写”操作比较，深刻理解嵌入式系统设计中的软硬件开销问题，对SoC系统的软硬件划分思想有初步的认识。
3.开放性实验
SoC系统的内容丰富，由于EDA技术学时有限，笔者将一些课程教学无法涉及的内容放在EDA课程设计的开放性实验环节。学生可以在利用SoC系统平台开发外设IP，丰富平台功能。
开放性实验提供的可选实验包括：PWM电机控制实验，要求学生根据规范要求设计PWM IP并控制电机运转；UART通用串口实验，要求学生根据规范设计UART IP并与PC 调试助手通讯；SPI FLASH编程实验，要求学生根据规范设计SPI IP并完成SPI FLASH编程；I2C接口液晶控制实验，要求学生根据规范设计I2C IP并控制液晶模块；RTC实验，要求学生根据规范设计RTC IP并编程支持实时时钟；未来开放性实验还将提供SD Card IP，USB IP，Ethernet IP等实验。
集成电路设计技术发展迅猛，SoC系统平台的扩展和丰富需要教师不断学习，以确保学生在校期间能接触到最先进的集成电路设计知识，快速适应未来工作。
四、 结束语
针对当前本科教育阶段SoC系统教学中重理论，轻实践，重软件，轻硬件设计的问题，笔者利用自己研发的SoC系统实验平台，积极探索EDA技术课程教学，加强实践环节指导，提升学生对SoC系统的理解，使学生初步建立起软硬件协同设计的思想。利用EDA课程设计的开放性实验环节，指导学有余力的学生独立设计一些简单的外设IP，培养学生兴趣，进一步增强学生就业竞争力。
注释：
①参见的内容。
参考文献：
[1]郭炜， 郭筝，谢憬.SoC设计方法与实现[M].电子工业出版社，
2007.
[2][美]罗文.复杂SoC设计[M]. 吴武臣， 侯立刚，译.机械工业出版社，2006.
[3]赵川，徐涛，孙晓光.高性能处理系统的软硬件协同设计研究[J].计算机工程与科学，2009，31（1）：20-23.
[4]于海，姚启桂，虞跃，等.基于SoPC的状态监测装置的嵌入式软硬件协同设计[J].现代电子技术，2012，（22）：1-4.
[5]周莉莉，周淑阁.EDA课程教学方法的研究与实践[J].实验室科学，2008，（5）：55-57.
[6]翟文正，管功湖.将EDA 技术引入计算机组成与结构实验教学的研究[J].实验室研究与探索，2008，（12）：12-14.
[7]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
关键词：信号处理；CDIO；集成电路设计与集成系统
中图分类号：G642.0 文献标识码：A
文章编号：1005-913X（2013）02-0117-02
一、引言
目前信号处理相关课程在国内外诸多高校都是本科教育主要课程群之一，但该类课程存在理论性较强，数学公式和数学概念较多。学生在学习中不能理解其实质和用途，很难将其与实际问题相结合，并运用相关工具来解决实际的工程问题。集成电路设计与集成系统（以下简称集成）专业中信号处理类课程占有相当大的比重，如何提高学生解决实际工程问题的能力是本专业亟待解决的问题。目前多个高校开始实施针对信号与系统或数字信号处理的课程改革，所涉及到的课程改革都是在不改变现有课程体系结构上的教学改革，没有结合各自专业的特点，如集成专业的数字信号处理的侧重点应与其他专业的数字信号处理的侧重点不同。
CDIO 工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO 代表构思（Conceive） 、设计（Design） 、实现（ Implement） 和运作（Operate） ，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，培养学生的解决实际工程问题的能力。[1，2，4]信号处理是集成专业的一个重要研究方向，目前国内开设集成专业的高校还没有开展该专业的CDIO工程教育研究与实践。本文以CDIO工程教育理念为指导，以集成专业的教学计划为基础，对集成专业信号处理相关课程进行优化整合、构建集成专业信号处理课程群。所建课程群可作为本专业CDIO工程教育培养模式下的二级CDIO项目，为本专业实施CDIO工程教育奠定基础。另外该项目的成功实施对改善该专业的培养模式，提高该专业学生的实践能力具有重要意义。
二、信号处理课程群构建的指导原则及方法
实施基于CDIO教学理念的集成专业教学改革，[3]其中最重要的环节是建立该专业的CDIO项目。包括：一级项目、二级项目和三级项目。本文所涉及的内容主要是为了建立一个该专业的二级项目，该二级项目是以信号处理课程群为载体，让学生掌握关联性较强的课程之间缺乏知识的继承性和连贯性。将各个课程中涉及的知识点有机结合。笔者以CDIO工程教育理念为课程群构建的指导思想，采取理论结合实践的研究方法，构建出能突显本专业特色的信号处理课程群。
（一）以CDIO 理念为指导，构建本专业信号处理课程群
按照CDIO 教学改革理念，对照现行大纲，构建以信号与系统、数字信号处理、基于FPGA的系统设计与应用高级数字IC设计为主线的课程群。增加实践和工程应用环节，重新统筹理论教学内容，去除课程间知识的重复和冗余，构建出融传授知识、培养能力、提高素质为一体的课程群。
（二）理论结合实践，先试点试验再逐步推广
在构建课程群时采用探究式研究方法。以小班为试点进行实验，积累经验再逐步推广。对于整个课程群的构建也要先从个别课程开始，逐步扩建到整个课程群。
（三）建立有效反馈机制，及时修正课程群构建中的不足
在构建课程群的过程中，要动态调整教学内容。为此要建立一套有效的反馈机制。积极听取授课教师和听课学生的意见和建议，归纳总结及时进行调整，逐步实现课程群构建的最优化。
（四）考虑本专业的特点，突显本专业特色
所构建的信号处理课程群要与本专业的教学计划紧密结合，以构建本专业信号处理方向的二级CDIO项目为目的。充分体现CDIO的教学理念和本专业的特色。
三、主要研究内容及取得的成果
构建该专业信号处理课程群，建立该专业CDIO工程培养模式下的二级项目。需要解决以下主要关键性问题：一是在构建的课程群中如何充分体现CDIO理念；二是课程群知识点的优化整合；三是设计贯穿整个课程群的案例。为了解决以上问题，本了以下研究工作。
（一）以CDIO工程教育模式的项目构建为标准，构建课程群
本文拟构建出集成专业信号处理课程群，该课程群包括：信号与系统、数字信号处理、数字IC设计、基于FPGA的系统设计与应用和高级数字IC设计。信号与系统和数字信号处理是本专业的学科基础课；数字IC设计和基于FPGA的系统设计与应用是本专业的专业平台课；高级数字IC设计是本专业的专业方向课。课程群中课程之间的关系如图所示。所构建的课程群也可作为本专业CDIO教学改革的一个CDIO二级项目。
（二）课程群教学内容优化整合
课程群所涉及的各科课程内容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，课程内容相互关联、相互渗透。如果每门课程都强调课程内容的系统性和完整性，必然造成内容多学时少的矛盾，单门课程的教学改革很难收到理想效果。本课程群所设计的课程中内容涉及集成电路设计的整个环节，从算法到架构好后到实现。其中信号与系统和数字信号处理属于算法领域，数字IC设计属于架构领域，基于FPGA的系统设计与应用和高级数字IC设计属于实现领域。对于一个数字系统的设计需要用到上述所有课程中涉及到的知识。但本身课程之间又有相互重叠的内容。构建该课程群时，笔者充分考虑了课程群内课程的关联性，重新统筹了理论教学内容，去除了课程间知识的重复和冗余，并增加实践和工程应用环节。
（三）以Matlab和FPGA为实现手段设计贯穿整个课程群的案例
该课程群中大量的理论和结论都是通过数学推导的方式得到，所以学生往往过于注重公式推导或证明，而不能理解其实质和用途。缺乏运用工具来解决实际的工程问题的能力。本文以Matlab作为信号处理算法的验证的工具，FPGA作为信号处理VLSI实现的验证工具。充分利用其各自的特点，以二者为该课程群的实现手段设计贯穿整个课程群的案例。所设计案例要涵盖课程群的全部重点知识点，并且可以遍历集成电路设计的设计流程：系统设计、算法设计、仿真验证、硬件描述语言建模及FPGA验证。
（四）以《数字信号处理》为载体，设计了该课程群下的CDIO三级项目
以该课程群作为本专业二级CDIO项目，则该课程群下可构建出若干三级CDIO项目。以《数字信号处理》作为构建CDIO三级项目的试点课程，设计了该课程群下的三级CDIO项目。设计的案例包括：基于Matlab的FFT IP设计和无限冲激响应数字滤波器设计等。
本文以提高学生解决工程问题能力为目构建了信号处理课程群，旨在解决原有信号处理相关课程重理论、轻实践的问题。以CDIO工程教育理念为指导思想，在现有集成专业信号处理课程群的基础上，构建了该专业信号处理课程群。所构建的课程群可作为本专业CDIO工程教育改革中的二级CDIO项目。所构建的信号处理课程群充分体现了集成专业的专业特点，注重信号处理算法分析设计的同时，注重其VLSI的验证与实现。
参考文献：
[1] 顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP— CDIO—汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）.
关键词:可编程片上系统;现场可编程门阵列;计时系统;NIOS II处理器
中图分类号:TD31
文献标识码: A
文章编号:1005-569X(2009)06-0097-02
1 引 言
在集成电路(IC)发展初期,电路设计都是从器件的物理版图设计入手。后来出现了集成电路单元库(Cell-Lib),使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,极大地推动了IC产业的发展。不过,集成电路只有安装在整机系统中才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高,功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性及重量等因素的限制,整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电路的要求越来越高。传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高,整个系统已可以集成在一个芯片上。目前已经可以在一个芯片上集成108～109个晶体管。SOC就是在这种条件下应运而生的。
2 嵌入式系统开发概述
2.1 嵌入式系统简介
嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。
2.1.1 嵌入式操作系统以及用户应用软件
嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有所不同。
首先,软件要求固化存储。为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存储与磁盘等载体中。
其次,软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储容量不断增加,但在大多数应用中,存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。为此要求程序编写和变异的质量高,以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。
最后,系统软件为多任务高实时性的。在多任务的嵌入式系统中,对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾与合理调度是保证每个任务及时执行的关键,单纯同过提高处理器速度是无法完成和没有效率的,这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成,因此系统软件的高实时性是基本要求。而多任务操作系统则是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础。
2.2 嵌入式系统的特点
嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统。
嵌入式系统是资源开销小的高性能价格比系统。嵌入式系统的发展离不开应用,应用的共同要求是系统资源开销小,性价比高。
嵌入式系统是功能强大、使用灵活方便的系统 嵌入式系统应用的广泛性,要求该系统通常是无键盘、无需编程的应用系统,使用它应如同使用家用电器一样方便。
3 基于FPGA和 NIOS II计时/计数工程的设计与实现
3.1系统软件设计
系统软件主要完成:系统初始化、时间显示、按钮中断处理,时间的累加与设置等功能。
图1系统软件流程图
3.1.1系统的时间的显示
由于开发环境的限制,而且没有LCD的支持,所以只能用4个7段数码显示管来显示时钟。4个数码管分成两组,每组2个数码管,一组显示分钟,一组显示时钟,每个数码管显示一位数字,刚好完成分钟和时钟的显示。
7段数码管的原理如图2所示:
图27段数码管
每个7段数码管由与一个8位的并行I/O接口相连,所以需要一个8位的无符号数来控制(alt_u8)类型,每一位控制相应的a,b,c,d,e,f,g,dp为以下为每位对应的控制关系,如图3所示
图3 7段数码管的控制位
由于1表示灯不亮,0表示灯亮,这样数字0就由0x81表示,即10000001除了g和dp不亮其他的都亮。
将0-F这16个数所对应的编码依次放在一个数组中,取出当前是中的得高位与低位low和high,然后通过:data=segments[low]|(segments[high]
3.2 时间的设置
时间的控制通过中断完成。在SOPC Builder中设置button_pio就定义了关于button_pio的用户中断(NIOS II处理器最多支持64个异常,有32个外部中断输入),系统生成时会为用户自定义的中断分配相应的中断号和中断优先级。NIOS II中断向量表提供了指向中断服务程序的指针,通过修改中断向量表可以改变相应中断的中断处理子程序。
4 结语
本系统时基于FPGA,采用Altera提供的全套软硬件开发平台所设计的一个可编程片上系统(SOPC)。本系统主要的特点和功能如下:
系统应用广,扩展性强:计时功能是很多系统的必备功能。
系统开发周期短,成本低:系统由SOPC Builder构建,大大缩短了硬件设计的时间,有效的降低了成本
系统灵活性强:可编程片上系统相对于片上系统(SOC)最大的优势在于它的灵活性,用户如果要对系统作功能扩展可以轻松实现。
系统交互性强:系统时间设置方法和普通电子手表的时间设置方法相同,用户可以轻松上手。
参考文献:
[1] 黄智伟.FPGA系统的设计与实践[M].北京:电子工业出版社,2005.
[2] 赵雅兴.FPGA原理、设计与应用[M].天津:天津大学出版社.1999.
[3] 于枫, 张丽英, 廖宗建.ALTERA可编程逻辑器件应用技术[M].北京:科学出版社,2004.
[4] 张大拨.嵌入式系统原理、设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[5] Altera Corporation. Nios II Hardware DevelopmentTutorial..cn.
关键词：电子设计自动化；课程特点；教学方法
作者简介：董素鸽（1983-），女，河南叶县人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教；李华（1972-），男，河南郑州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院，助教。（河南郑州451150）
中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）11-0046-02
电子设计自动化（EDA：Electronic Design automation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，[1]它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真、集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。
随着半导体技术及电子信息工业的不断发展，电子设计自动化技术在信息行业中的应用范围越来越广泛，应用领域也涉及产业链中的几乎任何一个环节。一方面是社会上对电子设计自动化人才的急需，另一方面是我国高校中电子设计自动化人才培养的落后，两者之间的矛盾也促使众多的高校开始在电子信息、微电子技术等专业中开设“电子设计自动化”课程。如今，该课程已成为众多信息类学科的专业必修课，这为我国电子设计自动化人才的培养和充实做出了巨大的贡献。
“电子设计自动化”课程教学效果直接影响着人才培养的质量，因此，优秀的教学方法和教学质量是教学过程中必须重视的。笔者根据近几年的教学经历，总结经验，开拓创新，形成了一套特有的教学方法，旨在培养出基础牢、思路清、知识广、能力强的电子设计自动化人才。
一、“电子设计自动化”课程教学的特点
电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。
1.既要有广度，又要有深度
有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。
2.突出硬件电路设计的概念
在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。
3.理论与实践并重
“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。
二、“电子设计自动化”课程教学方法总结
良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。
1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界
电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。
通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。
2.以实例展开理论教学
“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUS II为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。
硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。
如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。
3.将硬件电路设计的概念贯穿始终
硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。
在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。
如以下两个程序：
（1）entity muxab is
port（a，b：in bit；
y：out bit）；
end；
architecture behave of muxab is
begin
process（a，b）
begin
if a>b then y
elsif a
end if；
end process；
end；
（2）entity muxab is
port（a，b：in bit；
y：out bit）；
end；
architecture behave of muxab is
begin
process（a，b）
begin
if a>b then y
else y
end if；
end process；
end；
（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。
强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。
4.通过实践拓展强化学生动手能力
“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。
笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。
三、结束语
掌握“电子设计自动化”课程的特点，有针对性地改善教学方法，充分调动学生的学习积极性，强化理论和实践教学相结合，一方面使学生把握课程的全局性，了解和熟悉电子设计自动化行业的状况和最新动态；另一方面培养学生具有扎实的理论基础和良好的动手能力，培养出厚基础、重实践、有创新的高素质人才，具有重要的社会意义。
参考文献：
[1]潘松,黄继业.EDA技术与VHDL(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]Roth,C.H.数字系统设计与VHDL[M].金明录,刘倩,译.北京:电子工业出版社,2008.
