面向嵌入式片上系統的應用類課程教學改革與實踐

徐湛

【摘要】本文針對研究生應用類課程《通信系統軟硬件協同設計》，以培養高素質、高水平的應用型人才為指導思想，研究分析該類課程在培養學生實踐能力方面的特點，推行軟硬件相結合的課程教學，探索了基于嵌入式片上系統的多元化課程設計方法，充分借助智能硬件領域提供的多形態、多模式的智能硬件平臺以及公有云資源平臺以培養學生的動手能力和創新實踐能力。

【關鍵詞】嵌入式片上系統 軟硬件協同設計 實踐教學

【基金項目】北京信息科技大學2017年研究生教育質量工程類項目（5121724104）資助。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）03-0229-01

一、引言

目前，很多高校在研究生培養中也開設了一些應用實踐類課程，其目的是培養學生具備自主學習、研究創新、解決復雜工程問題的實踐能力。其中《通信系統軟硬件協同設計》是面向信息與通信工程專業研究生開出的一門專業基礎課，特點是軟件與硬件知識相結合、基礎知識與實踐相互支撐。培養目標是圍繞電子信息與通信產業需求，發揮多學科交叉優勢，通過學科專業的支撐和配合、實踐環境和條件的綜合利用，培養不僅掌握本領域堅實的基礎理論，還具有較強的解決工程實際問題能力的優秀人才，有利于提高學生的工程實踐和創新能力。

隨著大規模集成電路設計的普及，在一個硅片上可以實現一個復雜系統，這就是嵌入式片上系統（System on Chip，SOC）[1]。2016年Xilinx公司甚至推出了集成射頻模塊的解決方案RFSoC[2]，該芯片的出現意味著軟件無線電技術得到了進一步的提升，打破了以往射頻和基帶處理必須分離進行設計的傳統，有望推動整個產業界的變革，實現真正意義上的軟件無線電的終極目標[3]。

該類課程傳統教學往往忽視了學生的學科特點和專業基礎，導致學生很難系統地掌握通信系統軟硬件設計的開發方法。特別在研究生教育方面，如果還延續本科傳統的嵌入式教學方法進行講授，達不到理想的教學效果。對于《通信系統軟硬件協同設計》課程教學，如何合理選擇課程教學內容，采取更為有效的教學方式，培養真正掌握基于片上系統的軟硬件協同設計開發技能、符合社會需求的高層次人才成為非常重要的研究課題。

二、硬件相結合的課程教學

由于通信系統設計涉及知識綜合性較強，應該根據學生所在的專業綜合考慮，選擇相應的教學內容及教學方法。具體研究思路如下：

（1）教學內容與時俱進。授課內容以嵌入式片上系統作為主要設計平臺，在課程教學中結合通信業內最前沿的研究進展，培養學生解決實際問題的能力。為此要對教學內容進行剪裁，對重要知識進行重點教學，其他內容進行拓展教學，在此基礎上，結合學科特點進行案例教學。

（2）軟硬件相結合的教學設計。隨著智能硬件等技術的發展，軟硬件開發的一體化趨勢日益顯現，軟硬件協同設計成為發展趨勢。本項目擬采用自上而下的設計思路指導這類課程的教學，使得學生充分認識軟硬件設計方法，深刻理解軟件可重構，硬件智能化的概念。

（3）講授與實驗一體化的教學方法。《通信系統軟硬件協同設計》課程是一門應用類課程，因此教學和實踐必須緊密結合才能獲得更好的教學效果[4]。為此，可以將實驗室和課堂教學有機整合，借助智能硬件領域提供的多形態、多模式的智能硬件平臺以及公有云資源平臺、實行講授與實驗一體化的教學。讓學生了解完整通信系統的設計流程與工作機理，通過實際動手操作來學習硬件的體系結構和系統軟件的原理。

三、基于嵌入式片上系統的多元化課程設計

通過在我校實施《通信系統軟硬件協同設計》課程建設，引入軟件與硬件相結合的設計思想；讓學生了解一個完整基于片上嵌入式系統的軟硬件協同設計流程與工作機理，通過實際動手操作來學習硬件的體系結構和系統軟件原理。具體包括：

（1）根據不同應用場景及選擇的不同開發板及器件，設計基于云平臺的智能硬件大作業，并指導學生完成。教學大綱、PPT課件、大作業的題目及優秀學生作品等共享在網站上。

（2）課程開設期間組織開放性的技術分享活動，由企業技術專家與學生一起分享項目及最新技術。

四、結論

本文通過將嵌入式片上系統的知識點進行系統梳理，引入軟件與硬件相結合的設計思想；充分利用智能硬件平臺、多媒體及云端網絡資源，將實驗室和課堂教學有機整合，實行了講授與實驗一體化的教學，取得了教學效果的顯著提高。

參考文獻：

[1]陳扶辛， 康秀光， 陳鋼.淺析嵌入式片上系統設計技術[J]. 黑龍江科技信息， 2007（10S）：51-51.

[2]單祥茹. 備戰5G， 賽靈思RFSoC實現顛覆性技術突破[J]. 中國電子商情·基礎電子， 2017（3）：17-18.

[3]肖維民. 軟件無線電綜述[J]. 電子學報， 1998， 26（2）：65-70.

[4]聶曉文，肖堃，陸慶. 嵌入式課程實驗體系教學改革探討[J]. 實驗科學與技術，2010，（2）： 78-80.