分类：论文范文 发表时间：2021-05-20 10:18
摘要:提出一种基于EDA技术的大学计算机硬件系列课程的实验融合思想并给出实验项目规划与实施方案。基于该方案，前导课程的实验成果可以延伸应用到后续课程的实验项目中，避免了各门课程实验项目分散、不成体系的缺点，设计成果的重利用及功能扩展与改进可有效促进学生对专业知识的系统性认知与掌握。分别以福建师范大学数学与信息学院开设的“数字电路”，“计算机组成原理”和“通信原理”三门课程的实验项目为例，用融合的思想统一规划相关实验项目并给出融合设计实施实例。融合设计提升了实验项目的广度与深度，促进了知识的融会贯通，同时学生的工程实践动手能力和创新设计能力也得到进一步加强。
关键词:EDA技术;IP软核;实验融合;创新设计
综合性大学人才培养方案中，与计算机有关的专业占据了重要地位。从人才培养目标的角度，这些专业的学生需要掌握本专业的基本理论、基本知识和基本方法，具备应用开发的基本能力，具有创新精神及自我提升能力，适应IT行业的人才需求［1－3］。为了培养符合社会需求的掌握软、硬件技术的合格人才，计算机类专业课程设置中，除了软件类课程外，硬件类课程同样占据重要地位。而实验是硬件课程的重要教学环节，实验项目的合理规划对提升硬件课程教学质量及培养学生的动手实践及创新设计能力具有积极意义。传统的硬件实验教学中，各门课程的实验项目规划往往独立、分散，不同课程之间实验项目的融合度不高或者只是建立在虚拟仿真平台上的融合［4］，前导课程的设计成果一般未能在后续课程中得到充分利用，实验教学的广度与深度未能得到充分拓展。为了提升硬件课程教学质量，本文提出基于EDA(E-lectronicDesignAutomation，电子设计自动化)技术的计算机硬件系列课程设计层面的实验融合方案，用融合的思想统一规划相关课程的实验项目并在实验教学中予以实施，融合设计提升了实验项目的广度与深度，促进了各门课程知识的融会贯通并进而激发创新思维，同时学生的工程实践动手能力和创新设计能力也得到了进一步加强。
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1EDA技术及硬件实验
课程教学现状当今信息社会，以数字化和网络化为主要特征的信息技术极大地改变了人们的生产和生活方式，在电子设计领域现代信息技术表现为伴随着微电子技术的进步，EDA技术在现代电子产品设计中获得广泛应用，成为现代电子设计技术的核心。EDA技术指在EDA工具软件平台上，用硬件描述语言(VHDL或Verilog)作为系统逻辑描述的主要手段，可编程芯片作为设计载体，由计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真等，直至实现既定电子线路功能的现代电子设计技术［5－6］。与传统电子设计方法相比，EDA技术在设计效率、灵活性、可靠性等方面表现出巨大优势。
2基于EDA技术的硬件系列课程的实验项目规划
为了能够站在更高层次更好地完成基于EDA的实验设计项目，以我院计算机/物联网专业的偏硬件课程群(“数字电路”/“计算机组成原理”/“通信原理”)为研究对象，结合教材中的重要知识点统筹规划基于EDA技术的系列芯片级设计项目，按由浅入深、由单元模块到复杂系统的循序渐进的方式安排实验项目，使学生可以站在设计的高度真正理解课程中的抽象知识点，并通过从理论到实验的转换过程锻炼思维能力，达到思维方法的新突破，产生新见解。各门独立课程实验项目规划中充分考虑前后课程之间知识内容与实验项目之间的衔接关系，前导课程的实验项目将为后续课程的实验项目提供基本电路模块，应用于后续课程的实验项目设计中。相关课程实验项目规划如下:
(1)基于EDA技术的“数字电路”课程实验项目主要涉及:
①硬件开发平台与硬件描述语言;
②芯片级设计基本开发流程;
③基本组合逻辑电路设计;
④基本时序逻辑电路设计;
⑤综合电路设计。
(2)基于EDA技术的“计算机组成原理”课程实验项目主要涉及:
①运算器设计;
②存储器设计;
③控制器设计;
④模型机整机系统设计。
3实验项目融合设计实例
3．1“数字电路”设计成果在“计算机组成原理”课程中的融合应用
以模型机设计为例，模型机设计是计算机组成原理课程一项重要的实验内容［8－9］，是理解冯．诺依曼体系结构计算机工作原理的重要实践环节。模型机设计涉及构成模型机功能模块的设计及功能模块之间信息传输通路的设计。由于EDA工具平台上，电路单元可以表现为用硬件描述语言或用原理图方式描述的IP软核形式，并且IP软核可以复制、粘贴、修改、或者打包成新的元件，因此“数字电路”课程中所实现的基本组合及时序电路模块如算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicUnit)、寄存器等可以以IP核形式直接应用于模型机实验项目，避免了重复设计，学生可以将更多精力投入到数据通路的理解与设计中，从而可以站在设计的高度深刻理解信息在计算机各功能部件之间的流动过程。一种融合“数字电路”课程基本单元IP软核构建的单总线结构模型机如图1所示。
3．2“计算机组成原理”设计成果在“通信原理”课程实验项目中的融合应用
在“计算机组成原理”中所设计的模型机IP核，可进一步应用于“通信原理”课程的实验项目中。以FIＲ(FiniteImpulseＲesponse)数字滤波器设计为例，滤波器是“通信原理”课程中的一个重要知识点，滤波器的数字实现是理解滤波器工作原理的重要实验环节。输入数据通过滤波电路达到滤除不需要的信号留下有用信号的目的。FIＲ滤波器是一种有限冲激响应滤波器，具有严格的线性相位又具有任意的幅度，性能稳定。FIＲ滤波器的系统函数和差分方程可以用公式(1)和(2)表示。
3结语
本实验采用日常生活中常见的鱼鳔膜作为原料，原位制备了AgNPs/SBM基底，将该材料应用于表面增强拉曼散射，得到了良好的增强效果。除了材料的制备以外，该实验还包含材料的扫描电镜、紫外可见漫反射以及红外光谱的表征，涉及多种仪器设备的综合使用。整个实验过程条件简单，原料易得，实验结果可靠，综合训练了学生在无机化学、有机化学、仪器分析等学科的理论知识和实验能力，激发了学生的科研兴趣，培养了学生的科研素养和创新精神。通过基于鱼鳔膜上制备表面增强拉曼散射基底的实践，取得了较好的教学效果和反馈。在学生课外科技活动和开放实验中，开设了一系列的相关实验课题。本科生申报并完成了两届西南石油大学开放实验重点项目并获得三等奖，完成了两届本科生的毕业论文。
参考文献(Ｒeferences):
［1］叶剑强，陈迪妹．当前国内科学实验能力的研究现状及启示［J］．化学教育(中英文)，2019，40(1):82－87．
［2］吴音，刘蓉翾，李亮亮．科研成果转化为综合性实验教学探索［J］．实验技术与管理，2016，33(8):162－164．
［3］郝娅楠，孟庆国，刘昌岭，等．含水合物CH4H2O体系中溶解甲烷的拉曼光谱原位监测［J］．海洋大学学报(自然科学版)，2017，47(9):96－103
陈家祯1，2，吴为民3，郑子华1，2，叶锋1，2，连桂仁1，
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