EDA實(shí)踐教學(xué)方法探究

雷偉敏

摘 要： EDA 技術(shù)作為新興技術(shù)正方興未艾，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，高校EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不能墨守成規(guī)、死板僵硬，必須不斷改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，改進(jìn)教學(xué)方式與方法，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 開(kāi)放式實(shí)驗(yàn) 課外科技活動(dòng) EDA技術(shù)

1.引言

目前，幾乎所有高校的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)有EDA課程。EDA技術(shù)即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是Electronic Design Automation的縮寫(xiě)。EDA技術(shù)以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)使用EDA開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng)完成電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真、針對(duì)特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T(mén)新技術(shù)。EDA技術(shù)是一門(mén)理論性、實(shí)踐性都較強(qiáng)的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，它強(qiáng)烈沖擊著傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法，是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。

EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要手段，如何讓學(xué)生盡快盡好地在學(xué)校掌握EDA基本知識(shí)和相應(yīng)的動(dòng)手能力，為將來(lái)從事這方面的工作，甚至是進(jìn)行專(zhuān)用集成電路ASIC的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，是擺在教師面前的一大難題。EDA技術(shù)作為新興技術(shù)正方興未艾，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，高校EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)也不能墨守成規(guī)，死板僵硬，必須不斷改進(jìn)，不斷創(chuàng)新，改進(jìn)教學(xué)方式與方法，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與內(nèi)容。只有這樣，才能不斷提高電子專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

2.EDA實(shí)踐教學(xué)普遍存在的問(wèn)題

以往，EDA技術(shù)采用VHDL進(jìn)行理論教學(xué)，讓學(xué)生對(duì)課程有初步的認(rèn)識(shí)和了解。同時(shí)，利用VHDL進(jìn)行軟件編程，開(kāi)設(shè)一系列的實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)。同時(shí)，選擇一種或幾種較為流行的EDA工具軟件完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這些高校教學(xué)常用的EDA軟件有Protel、Multisim、和Quartus II等，其性能各異、功能齊全、操作方便。但是，這種傳統(tǒng)的EDA教學(xué)方法存在以下明顯問(wèn)題。

（1）EDA技術(shù)涉及知識(shí)面較寬，學(xué)生難以全面地深入理解EDA技術(shù)的基本原理。EDA技術(shù)課程涉及數(shù)字電路、硬件描述語(yǔ)言、微機(jī)原理、單片機(jī)原理和DSP原理等理論課程。其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括PCB設(shè)計(jì)、DSP技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)等。

（2）電子信息技術(shù)的發(fā)展，其新概念、新方法、新理論不斷涌現(xiàn)。而高校EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻仍然停留在計(jì)算機(jī)仿真階段，新興的EDA設(shè)計(jì)軟件得不到應(yīng)用，流行技術(shù)不能向?qū)W生傳授，以至于學(xué)生不能學(xué)以致用。

因此，必須對(duì)現(xiàn)有EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中逐步培養(yǎng)和提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。提高EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生綜合應(yīng)用電子技術(shù)開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品與電子系統(tǒng)的基本能力。

3.EDA實(shí)踐教學(xué)新方法

（1）合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

依托本校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)改革，以“加強(qiáng)基礎(chǔ)、開(kāi)拓思維、培養(yǎng)能力”為改革指導(dǎo)思想，建立“基本實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)、綜合設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究能力培養(yǎng)”三個(gè)培養(yǎng)層次的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

基本實(shí)驗(yàn)包含實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱規(guī)定的必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。該層次的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。提高型的實(shí)驗(yàn)課題不局限于課程內(nèi)容，課題可由學(xué)生自己選擇或指導(dǎo)老師指定。由學(xué)生自行完成設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此外，還可通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的形式，在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候設(shè)計(jì)一些大的設(shè)計(jì)項(xiàng)目讓學(xué)生動(dòng)手做，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)、自由解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)及查閱文獻(xiàn)資料的能力，切實(shí)加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)選修課、學(xué)生課外科技活動(dòng)、吸納優(yōu)秀學(xué)生參加教師的科研工作等方式進(jìn)行。對(duì)于此層次的實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)著重幫助學(xué)生理解科學(xué)研究的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

（2）構(gòu)建開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

構(gòu)建開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室綜合型、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，為學(xué)生提供良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境和開(kāi)放式自主實(shí)踐教學(xué)服務(wù)，倡導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)和實(shí)踐研究，真正體現(xiàn)層次化、個(gè)性化。同時(shí)，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控和評(píng)估機(jī)制，強(qiáng)化開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與管理，確保開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)室管理上，采用全天候向?qū)W生開(kāi)放的新模式，學(xué)生可以充分利用課余時(shí)間，根據(jù)自己的課題利用EDA設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，不僅充分利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源，同時(shí)還要培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手能力、分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力。

（3）采用多種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展多種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和動(dòng)手能力。如把雙語(yǔ)教學(xué)引入EDA實(shí)驗(yàn)課程中，EDA實(shí)驗(yàn)課程作為一門(mén)前沿專(zhuān)業(yè)課程，雙語(yǔ)教學(xué)是一種獲取知識(shí)的手段，其目的是更好地學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程。基于網(wǎng)絡(luò)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為現(xiàn)代教學(xué)的重要組成部分，展示出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。它擴(kuò)大了教育規(guī)模，提高了教育效率，促進(jìn)了教育改革，為創(chuàng)新教育創(chuàng)造了環(huán)境。

（4）開(kāi)展形式多樣的課外科技活動(dòng)。

開(kāi)展分層次、多樣化課外科技活動(dòng)，精心設(shè)計(jì)課外創(chuàng)新活動(dòng)內(nèi)容，針對(duì)不同層次的同學(xué)設(shè)計(jì)不同的內(nèi)容和不同的形式，加強(qiáng)EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生科技實(shí)踐活動(dòng)的緊密結(jié)合。重點(diǎn)擴(kuò)大學(xué)生對(duì)各類(lèi)活動(dòng)的參與面，讓更多的同學(xué)真正參與到課外科技創(chuàng)新活動(dòng)中，并從中受益。

在開(kāi)展通識(shí)教學(xué)的同時(shí)，注重“拔尖”學(xué)生的“個(gè)性化”教育，努力為他們提供創(chuàng)新訓(xùn)練的條件與環(huán)境。強(qiáng)化優(yōu)秀學(xué)生的培養(yǎng)力度，在科研活動(dòng)中提高學(xué)生的創(chuàng)新水平，為優(yōu)秀學(xué)生參加大學(xué)生電子競(jìng)賽做好準(zhǔn)備。

（5）讓SOC與SOPC概念融入EDA理論。

近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA的性能與性?xún)r(jià)比完全可與ASIC相媲美。目前國(guó)內(nèi)高校的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)SOC技術(shù)及新發(fā)展的SOPC技術(shù)關(guān)注較少，然而SOC技術(shù)與SOPC技術(shù)將是今后EDA技術(shù)發(fā)展的主要方向，更是改良與替代ASIC技術(shù)的主要方案。SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程涉及數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理和C語(yǔ)言編程等相關(guān)知識(shí)，這樣，學(xué)生既鞏固了相關(guān)理論知識(shí)，又掌握了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，符合現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用實(shí)際，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。因此，在高校教學(xué)中推廣這一技術(shù)，讓學(xué)生了解接觸這些技術(shù)是十分重要的。

4.結(jié)語(yǔ)

電子信息專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)將EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程作為學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。EDA實(shí)踐教學(xué)應(yīng)從培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的興趣出發(fā)，改進(jìn)EDA實(shí)驗(yàn)教材，采用多媒體教學(xué)和學(xué)生互動(dòng)的方法，探索多層次、個(gè)性化的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。本校EDA實(shí)驗(yàn)課程包括20課時(shí)的實(shí)驗(yàn)和2周左右的課程設(shè)計(jì)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中，很大一部分學(xué)生會(huì)選擇與EDA技術(shù)相關(guān)的課題進(jìn)行實(shí)踐動(dòng)手能力訓(xùn)練，展開(kāi)思考與研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃啟俊等.EDA技術(shù)中電路設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29：72-74.

[2]饒?jiān)迫A等.基于研究性學(xué)習(xí)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討[J].中國(guó)大學(xué)教育，2008（6）：85-86.

[3]任愛(ài)鋒等.EDA實(shí)驗(yàn)與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（4）：200-202，208.