《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法研究

郭家榮++陳年生

摘 要：Verilog HDL是用于邏輯設(shè)計(jì)的硬件描述語言，并且已成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。《Verilog HDL 程序設(shè)計(jì)》課程是電子類及計(jì)算機(jī)工程類學(xué)生的重要課程，不僅可以使同學(xué)們對數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)有更進(jìn)一步的了解，而且可以為以后學(xué)習(xí)高級的行為綜合、物理綜合、IP設(shè)計(jì)和復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對《Verilog HDL 程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中存在的問題，提出了適合該課程的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：邏輯電路及系統(tǒng) Verilog HDL 程序設(shè)計(jì) 教學(xué)方法

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0166-02

硬件描述語言（HDL，hardware description language）是一種用形式化方法來描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言，數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者利用這種語言可以從上層到下層（從抽象到具體）逐步描述自己的設(shè)計(jì)思想，用一系列分層次的模塊來表示極其復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。采用Verilog HDL設(shè)計(jì)方法比采用電路圖輸入的方法更有優(yōu)越性，這就是為什么美國等國家在進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后紛紛采用HDL設(shè)計(jì)方法的原因。Verilog HDL適用于復(fù)雜數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)的總體仿真、子系統(tǒng)仿真和具體電路綜合等各個設(shè)計(jì)階段。Verilog HDL 不但作為學(xué)習(xí)HDL設(shè)計(jì)方法的入門和基礎(chǔ)是比較合適的，而且對于ASIC設(shè)計(jì)專業(yè)人員而言，也是必須掌握的基本技術(shù)。《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程是大學(xué)里的電子和計(jì)算機(jī)工程系的重要課程，本課程的目標(biāo)是學(xué)習(xí)掌握Verilog HDL建模、仿真、綜合、重用和驗(yàn)證技術(shù)，為以后學(xué)習(xí)高級的行為綜合、物理綜合、IP設(shè)計(jì)和復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 教學(xué)中存在的問題

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足

現(xiàn)在大學(xué)生普遍認(rèn)為大學(xué)里學(xué)的課程知識在以后的工作中用不到，認(rèn)為學(xué)習(xí)大學(xué)課程是在浪費(fèi)自己的時間。所以有些學(xué)生去校外兼職或者創(chuàng)業(yè)，有部分學(xué)生終日在宿舍里沉迷游戲。即使到了上課時間，為了出勤率到了教室上課，也是要么睡覺要么玩手機(jī)。對自己所學(xué)課程是毫無興趣，來上課也只是為了最后能順利通過這門課進(jìn)而拿到畢業(yè)所規(guī)定的學(xué)分。更重要的是對于計(jì)算機(jī)工程系的學(xué)生來說，他們一致認(rèn)為計(jì)算機(jī)工程主要是做軟件開發(fā)的，同時軟件方面的學(xué)習(xí)又很容易入門，而對于硬件這塊知識，相比較軟件來說，比較難學(xué)，又比較枯燥。加上硬件前期基礎(chǔ)課程較少，所以學(xué)生更傾向于軟件方面知識的獲取。而對于硬件方面尤其底層部件電路設(shè)計(jì)方面更是很少有興趣。

1.2 學(xué)生知識儲備不足

學(xué)習(xí)《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程，前期必須先修的課程有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成原理和C語言等。但有些學(xué)生在學(xué)習(xí)這些先修課程時并沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)，或者根本沒有去選擇這些課程，或者在同一學(xué)期同時選擇這幾門課程，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生由于數(shù)字電路基礎(chǔ)知識的缺乏，在學(xué)習(xí)《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程時非常吃力，挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性。

1.3 課程內(nèi)容多課時少

隨著社會快速發(fā)展，不同領(lǐng)域?qū)I(yè)需要學(xué)習(xí)的東西不斷增加和更新。這樣導(dǎo)致每門課程的課時不斷減少。而對于《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程，本身時實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，但是由于內(nèi)容較多，為了完成理論課時講解，分配給實(shí)踐的課程就少了。這就會導(dǎo)致理論不能及時與實(shí)踐相結(jié)合，新學(xué)的知識無法消化應(yīng)用，不能真正掌握。

1.4 課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)境單一

該課程時實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，必須通過大量的實(shí)踐才能掌握這門課程的設(shè)計(jì)技術(shù)及設(shè)計(jì)方法。目前關(guān)于本課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)書上的羅列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以對所學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，學(xué)生無法真正學(xué)會知識點(diǎn)的應(yīng)用。但學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的關(guān)鍵是會應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)出數(shù)字邏輯電路及系統(tǒng)。同時由于學(xué)校費(fèi)用問題，實(shí)驗(yàn)環(huán)境包括EDA工具、計(jì)算機(jī)等不能隨著集成電路的發(fā)展和工藝的快速發(fā)展而及時更新，限制了學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識步伐。

針對以上存在的問題，本文對《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法進(jìn)行研究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的主動性，培養(yǎng)社會需要的Verilog HDL數(shù)字電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才。

2 教學(xué)方法研究

2.1 合并教學(xué)內(nèi)容突出重點(diǎn)

本課程內(nèi)容多、課時較少，由需要大量的實(shí)踐才能掌握課程知識。本課程是先將語法知識，再介紹數(shù)字電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。眾所周知語法知識的講解枯燥無味。筆者在教學(xué)過程中將語法這部分知識分解到“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”和“時序邏輯電路設(shè)計(jì)”兩部分中講解。這樣做的好處是不僅避免了單獨(dú)學(xué)習(xí)語法的枯燥，而且把語法與實(shí)際電路設(shè)計(jì)相結(jié)合，能很快的學(xué)以致用，更牢靠的掌握語法知識。同時節(jié)省課堂理論課時，增加了實(shí)踐機(jī)會。

2.2 補(bǔ)充知識點(diǎn)減輕學(xué)習(xí)壓力

對于簡單組合邏輯電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的講解，不僅要用Verilog HDL描述電路，還要綜合出門級電路結(jié)構(gòu)。由于學(xué)生對計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)字邏輯電路課程沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)，或者在同一學(xué)期上這門課，沒有相應(yīng)的基礎(chǔ)知識，很難理解這些組合邏輯電路的原理。筆者在講授這部分內(nèi)容前，用了4個課時向?qū)W生補(bǔ)充了數(shù)字邏輯基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)中的計(jì)算部件的底層電路結(jié)構(gòu)。而且對于其中的每個組合邏輯電路還會講出在計(jì)算機(jī)硬件里所起的作用，以加深學(xué)生的理解掌握。

2.3 建立分層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課程體系

《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。學(xué)生不僅上課要吸收理論知識，更需要更多的時間上機(jī)練習(xí)，由簡單到復(fù)雜，由典型到一般，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)Verilog HDL 基礎(chǔ)知識。但是熟練掌握利用該語言進(jìn)行數(shù)字電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法還需更多的高層次的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課應(yīng)遵循“由淺入深，循序漸進(jìn)”教學(xué)規(guī)律[1]。開展認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與綜合性實(shí)驗(yàn)的分層式實(shí)踐教學(xué)，形成與理論教學(xué)相互協(xié)調(diào)、相互滲透的有機(jī)體系[1]。

2.4 應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法是基于企業(yè)項(xiàng)目的方式使學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。通過工程項(xiàng)目的分配、信息收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及最終評價等實(shí)踐過程完成相應(yīng)課程的授課過程[2-3]。針對《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程的項(xiàng)目教學(xué)法具體表現(xiàn)為：（1）選擇的項(xiàng)目要涵蓋課程知識點(diǎn)，適用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，且具有一定難度，通過該項(xiàng)目的開發(fā)能鍛煉學(xué)生具備企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐能力。（2）針對數(shù)字電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目過程包括系統(tǒng)分析、子任務(wù)劃分、電路設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證。項(xiàng)目的劃分和實(shí)施要按照知識點(diǎn)的層次進(jìn)行劃分。同時有能夠讓每個學(xué)生具有獨(dú)立完成的子項(xiàng)目。在實(shí)施時，根據(jù)學(xué)生的興趣愛好分配任務(wù)（3）要定期檢查和評估。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，老師要定期檢查學(xué)生的進(jìn)度，遇到的問題及時溝通解決，積極給予指導(dǎo)，讓學(xué)生順利完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。利用項(xiàng)目教學(xué)，學(xué)生會在項(xiàng)目實(shí)踐中養(yǎng)成的應(yīng)用知識能力，做事專注細(xì)心、踏實(shí)穩(wěn)健、科學(xué)的態(tài)度和創(chuàng)新意識都會給以后的學(xué)習(xí)和工作帶來輕松和更大的興趣。

4 結(jié)語

本文針對《Verilog HDL程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的問題，提出了克服這些教學(xué)問題的教學(xué)方法，創(chuàng)建了一種教與學(xué)相結(jié)合、學(xué)與用相結(jié)合、動手與動腦相結(jié)合的教學(xué)模式，通過該教學(xué)方法的實(shí)踐，達(dá)到了不錯的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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