時間：2023-10-11 16:32:57
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇集成電路設計的流程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1非微電子專業開設集成電路設計課程的原則
在非微電子專業如計算機、通信、信號處理、自動化、機械等專業開設集成電路設計技術相關課程，一方面，這些專業的學生有電子電路基礎知識，又有自己本專業的知識，可以從本專業的系統角度來理解和設計集成電路芯片，非常適合進行各種應用的集成電路芯片設計階段的工作，這些專業也是目前芯片設計需求最旺盛的領域；另一方面，對于這些專業學生的應用特點，不宜也不可能開設微電子專業的所有課程，也不宜將集成電路設計階段的許多技術（如低功耗設計、可測性設計等）開設為單獨課程，而是要將相應課程整合，開設一到二門集成電路設計的綜合課程，使學生既能夠掌握集成電路設計基本技術流程，也能夠了解集成電路設計方面更深層的技術和發展趨勢。因此，在課程的具體設置上，應該把握以下原則。理論講授與實踐操作并重集成電路設計技術是一門實踐性非常強的課程。隨著電子信息技術的飛速發展，采用EDA工具進行電路輔助設計，已經成為集成電路芯片主流的設計方法。因此，在理解電路和芯片設計的基本原理和流程的基礎上，了解和掌握相關設計工具，是掌握集成電路設計技術的重要環節。技能培訓與前瞻理論皆有在課程的內容設置中，既要有使學生掌握集成電路芯片設計能力和技術的講授和實踐，又有對集成電路芯片設計新技術和更高層技術的介紹。這樣通過本門課程的學習，一方面，學員掌握了一項實實在在有用的技術；另一方面，學員了解了該項技術的更深和更新的知識，有利于在碩、博士階段或者在工作崗位上，對集成電路芯片設計技術的繼續研究和學習。基礎理論和技術流程隔離由于是針對非微電子專業開設的課程，因此在課程講授中不涉及電路設計的一些原理性知識，如半導體物理及器件、集成電路的工藝原理等，而是將主要精力放在集成電路芯片的設計與實現技術上，這樣非微電子專業的學生能夠很容易入門，提高其學習興趣和熱情。
2非微電子專業集成電路設計課程實踐
根據以上原則，信息工程大學根據具體實際，在計算機、通信、信號處理、密碼等相關專業開設集成電路芯片設計技術課程，根據近兩年的教學情況來看，取得良好的效果。該課程的主要特點如下。優化的理論授課內容1）集成電路芯片設計概論：介紹IC設計的基本概念、IC設計的關鍵技術、IC技術的發展和趨勢等內容。使學員對IC設計技術有一個大概而全面的了解，了解IC設計技術的發展歷程及基本情況，理解IC設計技術的基本概念；了解IC設計發展趨勢和新技術，包括軟硬件協同設計技術、IC低功耗設計技術、IC可重用設計技術等。2）IC產業鏈及設計流程：介紹集成電路產業的歷史變革、目前形成的“四業分工”，以及數字IC設計流程等內容。使學員了解集成電路產業的變革和分工，了解設計、制造、封裝、測試等環節的一些基本情況，了解數字IC的整個設計流程，包括代碼編寫與仿真、邏輯綜合與布局布線、時序驗證與物理驗證及芯片面積優化、時鐘樹綜合、掃描鏈插入等內容。3）RTL硬件描述語言基礎：主要講授Verilog硬件描述語言的基本語法、描述方式、設計方法等內容。使學員能夠初步掌握使用硬件描述語言進行數字邏輯電路設計的基本語法，了解大型電路芯片的基本設計規則和設計方法，并通過設計實踐學習和鞏固硬件電路代碼編寫和調試能力。4）系統集成設計基礎：主要講授更高層次的集成電路芯片如片上系統（SoC）、片上網絡（NoC）的基本概念和集成設計方法。使學員初步了解大規模系統級芯片架構設計的基礎方法及主要片內嵌入式處理器核。
豐富的實踐操作內容1）Verilog代碼設計實踐：學習通過課下編碼、上機調試等方式，初步掌握使用Verilog硬件描述語言進行基本數字邏輯電路設計的能力，并通過給定的IP核或代碼模塊的集成，掌握大型芯片電路的集成設計能力。2）IC前端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路前端設計平臺DesignCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用DesignCompiler進行集成電路前端設計的流程和方法，主要包括RTL綜合、時序約束、時序優化、可測性設計等內容。3）IC后端設計基礎實踐：依托Synopsys公司數字集成電路后端設計平臺ICCompiler，使學員通過上機演練，初步掌握使用ICCompiler進行集成電路后端設計的流程和方法，主要包括后端設計準備、版圖規劃與電源規劃、物理綜合與全局優化、時鐘樹綜合、布線操作、物理驗證與最終優化等內容。靈活的考核評價機制1）IC設計基本知識筆試：通過閉卷考試的方式，考查學員隊IC設計的一些基本知識，如基本概念、基本設計流程、簡單的代碼編寫等。2）IC設計上機實踐操作：通過上機操作的形式，給定一個具體并相對簡單的芯片設計代碼，要求學員使用Synopsys公司數字集成電路設計前后端平臺，完成整個芯片的前后端設計和驗證流程。3）IC設計相關領域報告：通過撰寫報告的形式，要求學員查閱IC設計領域的相關技術文獻，包括該領域的前沿研究技術、設計流程中相關技術點的深入研究、集成電路設計領域的發展歷程和趨勢等，撰寫相應的專題報告。
3結語
隨著傳統集成電路設計和生產流程的改變，大多數芯片設計可以采用無生產線設計和代工廠生產的方式完成[2]，這種流程為高校集成電路設計人才的培養提供了低成本的硬件環境[3]。此外，隨著我國對集成電路設計人才需求的逐年提高，在高校非微電子專業開設集成電路設計技術課程已經成為培養相關專業合格畢業生的必須。信息工程大學根據自身軟硬件條件和學生具體專業情況，開設了集成電路設計技術相關理論和實踐課程，經過兩年的教學實踐，取得良好的教學效果，培養了一批有著豐富專業技術知識的集成電路設計人才。
作者：宋克張帆沈劍良單位：信息工程大學信息技術研究所講師
為滿足集成電路方面教學和科研的需要，同濟大學電子科學與技術系以985三期實驗室建設、教育部修購計劃兩項經費所購置的設備為主體，充分整合利用本系目前已有的設備，完成了一個覆蓋完整的集成電路設計平臺的構建。依托同濟大學第8期實驗教改項目的支持，電子科學與技術系在平臺的應用方面進行了有益的探索：針對本科生實驗教學完成了集成電路設計系列實驗課程開設；在集成電路相關科研項目中進行了實際應用，為科研工作提供了良好的支撐。
【關鍵詞】
集成電路；設計平臺；實驗教學；科研
進入21世紀之后，集成電路在我國相關產業及教育領域的重要性日益凸顯。2000年6月，國務院了綱領性文件《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》（國發2000〔18號〕）[1]，明確了集成電路作為國家戰略性新興產業的地位。在其后的國家中長期科技發展規劃等文件中，均將集成電路列為重要的發展方向，自此我國集成電路產業進入了蓬勃發展的時期。產業的快速發展必然需要科技和教育的配合。基于此原因，國務院科教領導小組批準實施國家科技重大專項—集成電路與軟件重大專項，其后教育部、科技部決定在國內有相對優勢的高等院校建立國家集成電路人才培養基地，分別于2003年、2004年及2009年分3批批準和支持20所高校進行人才培養基地的建設工作。筆者所在的同濟大學為第2批建設的6所高校之一。
同濟大學電子科學與技術系成立于2002年，歷史較短，在集成電路方面的基礎較為薄弱。但自成立之初便將集成電路設計列為最重要的教學與科研方向之一，參考國際知名高校以及國內兄弟院校的先進經驗[2-4]，在課程設置等人才培養環節進行了積極的探索[5]。但是，集成電路設計強調工程設計實踐，如果缺乏相應的設計平臺，僅以理論知識為主，會導致培養出的學生與產業需求契合度不高。這也是諸多高校在集成電路設計的實驗設置及實踐環節進行教學改革和積極探索的原因[6-7]。我系也意識到亟須加強實踐環節的相關建設。基于以上原因，我們充分利用985三期實驗室建設、教育部修購計劃兩項經費的支持，在集成電路設計平臺的構建方面進行了積極的嘗試。
1建設方案與建設過程
1.1平臺建設的基礎依托985二期實驗室建設、教育部修購計劃兩項經費為我系的教學改革提供了非常有力的支持，根據各個學科方向的統籌規劃，分配約150萬元用于集成電路及與系統設計相關的設備購置。購置的設備見表1、表2。除以上兩部分設備之外，本系已經部分購置了與集成電路設計相關的設備，如Dell服務器、SUN工作站、各類測試與信號發生設備等。因此，我系已經初步具備了建設一個覆蓋半導體器件制備與分析、集成電路設計與測試、系統級設計驗證完整流程的專業實驗與設計平臺的基礎條件。
1.2總體構想與平臺規劃基于上述基礎硬件設備，我系在有限的場地資源中安排了專門的場地作為半導體器件與集成電路設計專業實驗室，以支持集成電路設計平臺的建設。將擬建設的半導體與集成電路設計專業實驗室劃分為4個功能區：服務器與中央控制區、集成電路設計區、集成電路分析與測試區、系統級設計與驗證區。總體的規劃如圖1所示，功能與設備支撐概述如下。（1）服務器與中央控制區。主要空間用于放置3個機柜、承載兩個機架式服務器（HP、Dell）、存儲陣列（SAS15000RPM接口、初始配置7.2TB）、一個臥式服務器（超微）以及UPS電源、萬兆交換機等供電和網絡配件。需注意該部分噪聲較大，故應與實驗室其他功能區隔離。提供VPN、遠程配置以及各類必要的服務，配置完整的EDA工具系統，覆蓋集成電路設計全流程。（2）集成電路設計區。20個左右的工位，主要為HP工作站。具備兩類工作方式：作為終端登錄服務器系統使用；在服務器系統不能提供支持時獨立使用。除工作站之外，配備2～3個文件柜、工具柜。（3）集成電路分析與測試區。主要功能為集成電路（晶圓、裸片、封裝后芯片）的分析、測試。分析與測試系統以兩套手動探針測試臺（包括基座、卡盤、ADV顯微鏡）、超長焦金相顯微鏡（超長工作距離，2000倍放大）、4套微米級精確位移系統（包括探針、針臂、針座、線纜與接口）為主，并配備2臺臺式計算機以及信號發生器、穩壓電源、邏輯分析儀1臺、示波器1臺，用作信號發生與記錄、信號與圖像采集功能。配備兩個實驗工具柜。（4）系統級設計與驗證區。6個工位，配備2～3臺計算機。考慮到面積有限，而該區功能較多，以多功能復用的方式設置工位的功能。該區的功能包括：①板級電路設計與測試。主要支撐設備為必要的計算機系統（軟、硬件）。多臺邏輯分析儀、示波器、信號發生器、萬用表、穩壓電源、必要的電子元器件及焊接設備等。②基于FPGA的系統設計。主要支撐設備為計算機系統（軟、硬件）、4套Virtex-5FPGA系統。③嵌入式系統設計。主要支撐設備為計算機系統、3套VeriSOC-ARM9開發平臺、多套PSoC開發套件、多套ARM開發套件、微控制器開發套件等。④集成電路系統級驗證。與板級電路與測試共用各類設備。
1.3軟硬件系統與設計流程構建基于新購買的存儲陣列（NetApp）、服務器（DL380G7）、交換機（CISCO），并整合本系統原有的兩臺服務器（一臺Dell機架式、一臺超微立式），構成一個EDA開發服務系統。系統構建方面，我們進行了基于傳統的EDA開發環境架構，以及基于虛擬化系統進行構建的兩種嘗試。存儲結構上基于存儲陣列，提供足夠安全的冗余備份與保護。系統具備負載均衡功能。最終構建的系統可直接支持同一實驗室內20臺以上HP工作站的同時接入，并提供遠程登錄支持；以及通過同濟大學校園網，提供外網的VPN接入支持。在硬件系統的基礎上，我們安裝配置了完善的EDA工具鏈，以提供覆蓋全流程的集成電路設計支持。
2教學與科研應用
前述所構建的集成電路設計平臺僅是基礎的軟硬件系統，如果要在實際的教學和科研工作中進行使用，尚需進行相關的課程大綱規劃、實驗方案設計以及實際的芯片設計檢驗。通過同濟大學第8期實驗教學改革項目的支持，我們在這些方面開展了一定的工作，主要包括以下兩個方面。
2.1教學應用完成了實驗方案內容建設，構建形成了一套覆蓋集成電路設計全流程的實驗方案，并兼顧半導體器件、集成電路測試；設計的系列實驗應用于新開設的“集成電路設計實驗”課程中，以豐富和擴展該門課程的實驗內容，提高學生的學習積極性。該課程每周4學時，已經完成2013、2014兩個學年的實驗教學工作。具體的實驗內容包括反相器實驗（電路原理圖輸入、電路仿真、版圖設計、版圖設計規則檢查及一致性檢查、后仿真）、一位全加器系列試驗、基本模擬電路單元設計實驗、綜合定制設計實驗、硬件描述語言設計與驗證實驗（選做）、自動綜合與布局布線設計實驗（選做）。構建的軟硬件平臺，除用于集成電路設計實驗課之外，亦用于電子系“半導體器件物理”“半導體工藝原理”等多門課程的實驗環節，以及本科生畢業設計中。與現有的本科生各類創新活動相結合，為該類活動的人員選拔與培養、培訓起到了一定的輔助作用。
2.2科研應用集成電路設計平臺除用于相關的實驗教學任務之外，亦可為相關的科研工作提供良好的支撐。在該平臺所定義的開發環境及設計流程上，我們完成了兩款65納米工藝超大規模集成電路芯片的設計工作，其中一款已經返回，并進行了較為完整的測試，功能及性能均符合預期，芯片如圖2、圖3所示。這些設計很好地確證了該平臺的完整性和可靠性。
【參考文獻】
[1]國務院．國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知[EB/OL]．2006-6．
[2]葉紅．美國高校電子工程類專業本科培養方案淺析[J]．高等理科教育，2007（6）：64-67．
[3]于歆杰，王樹民，陸文娟．麻省理工學院教育教學考察報告（二）—培養方案與課程設置篇[J]．電氣電子教學學報．2004（5）：1-5．
[4]Bulletinforundergraduateeducation[EB/OL]．
[5]羅勝欽，王遵彤，萬國春，等．電子科學與技術專業培養方案初探[J]．電氣電子教學學報．2009（31）：89-91．
[6]張立軍，羊箭鋒，孫燃．CMOS集成電路設計教學及實驗改革[J]．電氣電子教學學報．2012，34（1）：105-107．
關鍵詞：工程需求；集成電路設計；實踐；驗證
中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）44-0089-02
集成電路設計是學科交叉特性顯著的一個學科，且其發展日新月異，技術更新非常快，而其主要的更新點體現在工藝水平、設計思想和設計手段上。例如，在設計SOC等大規模集成電路時，設計者首先要全方位地把握系統的主體框架，另外還要注重各個環節中的細節，有效利用EDA軟件來精確地實現設計并驗證其正確性。目前大多數高校開設的集成電路設計課程融入了多媒體教學，但多媒體教學多局限于PPT課件教學，雖然在教學內容上與過去的板書教學相比得到了很大的擴充，但從教學體系上說對于工程化設計流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個知識點的介紹相對來說較為孤立，學生對所學知識的理解無法融會貫通，對工程化設計的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學為主，存在實踐環節過少、實踐環節不成完備體系等問題。學生工程實踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時間和人力對應屆學生進行培訓；學生容易產生挫折情緒，不能快速適應崗位需求。本教改通過對目前國內急需集成電路設計人才的現狀的思考，對集成電路設計課程的教學進行改革，實施以工程需求為導向，以工程界典型數字集成電路設計和驗證流程為主線的閉環式教學。在國家急需系統級集成電路設計實用型工程人才的指導思想下，在工科院校要培養能為社會所用工程人才的辦學宗旨下，以開發學生潛力、提高學生自主學習積極性為目的，結合用人單位的用人需求，我院集成電路設計課程嘗試閉環教育，即課程的章節設置參照工程界數字集成電路系統的典型設計流程，知識內容涵蓋從設計到流片生產甚至測試的每一個環節，而每一個重要環節都有工程實驗與之相對應，形成完備的閉環知識體系。本教改項目閉環教育可分為理論教育環節和實驗教育環節。
一、理論教育環節
閉環教育中的理論教育以工程界大型數字集成電路設計的典型流程為教學切入點，然后以該流程為主線介紹各個階段涉及的理論知識和可供使用的EDA軟件，每次進入下一設計階段的講解前，都會重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復出現的設計流程圖，一方面可以加深學生對設計流程的印象；另一方面針對當前內容在流程中出現的位置，突出當前設計階段與系統設計的整體關聯，加強學生對各個設計階段的設計目的、設計方法、EDA軟件中參數設定偏重點的理解。這種教育方法區別于傳統的單純的由點及面的教育方法，避免出現只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細節的同時加強整體觀念。
二、實踐教育環節
實踐教育環節主要是指與理論教育相配套結合的系列實驗。針對每個設計階段都安排相應的較為全面的實驗，與該階段的理論知識形成閉環。而且，所有的實驗基本可按照從系統設計開始到流片、測試的完整設計流程串接起來。
圖1 大型數字集成電路設計的典型流程
實驗指導書撰寫了前端設計內容，在數字集成電路系統初期的系統分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段；撰寫了后端設計內容，采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解。Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能、時序的影響，后仿真時序文件反標的含義；明確后仿真對于保證設計正確性的意義；培養認真負責的驗證思想。
實踐教育環節大致分為前端設計階段、后端設計階段、測試階段。
1.前端設計階段。在數字集成電路系統初期的系統分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機實驗，目的是學習良好的系統全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設計下載至FPGA中作為初步的硬件設計驗證手段。
2.后端設計階段。針對數字集成電路的特點，安排面向MPW流片的實驗，介紹將電路轉化為高可靠性版圖的主要步驟。該實驗分三個階段：①采用Cadence公司的自動布局布線器SE進行布局布線，介紹面向數字化集成電路的標準化單元概念及其相關工藝庫文件的作用，著重講授從網表到版圖的轉化過程以及需要注意的問題，如電源網絡的合理布局、時鐘網絡的時序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進行版圖驗證，介紹標準單元版圖與定制版圖的區別、版圖設計與工藝制程的關系，重點在于使學生在對版圖建立感性認識的同時對IP保護有更深層次的理解；③Verilog仿真器進行版圖后仿真實驗，強調版圖寄生參數對系統功能和時序的影響、后仿真時序文件反標的含義，明確后仿真對于保證設計正確性的意義，培養認真負責的驗證思想。
（南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 210023）
【摘 要】本文從分析集成電路設計實踐教學的特點入手，對集成電路設計實驗中引入研究型實踐教學模式的必要性、作用分析及具體實施方法進行了具體探討，并提出了研究型實踐教學對老師、對學生的要求。
關鍵詞 實踐教學；集成電路
基金項目：南京郵電大學教改項目（JG03314JX17）。
作者簡介：夏曉娟（1982—），女，南京郵電大學，副教授，從事集成電路設計領域的教學與科研工作。
隨著教育改革的不斷深入，隨著我國電子信息技術飛速發展，迎來了空前的發展機遇。傳統集成電路設計和生產流程近年來已經發生了改變，且電子產品發展迅速，集成電路設計是與最前沿科技緊密相連的一個方向，相關的課程也應與前沿科技緊密相連，課程的學習更要注重理論聯系實際，培養學生的科學思維能力和分析問題解決問題的能力。因此，集成電路設計實驗應在傳統的實踐教學方法基礎上，在“研究型實踐教學模式”方面進行探討和實踐。“研究型實踐教學模式”是指在實踐教學中指導學生將所學理論知識用于行業實際問題分析的一種實踐方法，旨在培養學生創造性的運用知識、自主的發現問題、研究問題，并解決問題的能力[1-2]。
1 確立研究型實踐教學模式的必要性
集成電路（Integrated Circuit，IC）產業是信息產業的基礎和核心，隨著我國電子信息技術飛速發展，迎來了空前的發展機遇。傳統集成電路設計和生產流程近年來已經發生了改變，大多設計均采用無生產線設計，加工采用代工方式。成電路設計具有一定的特殊性，集成電路設計過程需要集成電路專業人才經過嚴格的實踐訓練并且積累一定的工程實踐經驗。全國集成電路設計相關企業對于人才的需要也越來越嚴格，越來越需要能力型的、具有創造力的人才，應聘的條件之一就是需要有集成電路設計的相關經驗。作為一般理工科院校集成電路專業的發展在一定程度上缺乏對集成電路設計應用型人才培養的認識。因此，我們應該改變傳統觀念，樹立IC設計研究型人才培養觀。
集成電路設計實踐主要是提供學生一個實踐平臺，采用先進的集成電路仿真軟件，將書本上的知識采用模擬的方法進行加深理解。實踐內容既是電路、模擬電子技術、數字電子技術以及課程設計中所學知識的應用，又是與最前沿科技緊密聯系的。而傳統的教學內容和教學模式，缺乏對學生創造力的培養，也缺乏與前沿科技的聯系，因此需要進行教學改革的探討和實踐。
隨著教育改革的不斷深入，傳統的實踐教學中“以教師為中心”、“以灌輸為主要方式”的教學模式已無法適應時代的要求。先進的教學模式是人才培養的關鍵措施。研究型教學模式，又稱為研討式教學模式，是指教師以課程內容和學生的知識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識、自主地發現問題、研究問題和解決問題，以學生為中心，以知識掌握為基礎，以能力培養為主線，以提高素質為目的的一種新模式。集成電路設計實踐同樣需要采用先進的教學方式，提高學生的創新能力，培養研究型IC設計人才。
2 研究型實踐教學模式的作用分析
集成電路設計實踐引入研究型實踐教學模式，可以使相關領域的學生真正實現學有所用，不僅學習了集成電路設計的軟件知識，同時可以將課堂的理論知識通過工藝模型、電路設計、仿真方法來復現，從而更深入的理解理論知識，而且可以通過一些電路實例來解釋生活中的一些現象，激發學習的興趣。
集成電路設計是實踐性很強的一個方向，要求將工藝、器件、電路、版圖四個方面的理論課程融會貫通，而傳統的實踐教學旨在加強學生對軟件的認識，忽略對理論內容的加深與貫通。通過研究型實踐教學模式的開展，可以在保證教學大綱不變的前提下，通過選擇適用性較強的實踐內容，使學生一方面能夠將各門理論課的知識加深及貫通，另一方面可以使學生接觸到用人單位感興趣的課題內容，有利于學生加強實踐的動力和持續進步。通過研究型實踐，對學校而言，可以培養更優秀學生；對學生而言，可以掌握前沿知識、促進就業。
研究型實踐成果的實現為學生的晉升、發展提供支持。學生的實踐研究成果如能公開發表或獲獎，能解決實際工作中的問題，這無形中為學生在工作崗位上的晉升、發展增加籌碼。這在最大程度上激發學生的實踐興趣，是其他任何實踐模式都不可比擬的。同時，研究型實踐教學鼓勵學生多看文獻、多寫總結報告，這也為學生撰寫本科畢業論文打下良好的基礎。
3 研究型實踐教學模式的具體實施
3．1 課程結構優化
指導學生接觸各類資料，能夠提出問題，進而解決問題以掌握知識、應用知識，完成對知識的一個探求過程；對實驗內容進行適當調整和完善，使課程體系更全面更科學，更能貼近行業發展，更能體現學生的主動性。
3.2 采用課堂討論進行專題研討的教學方法
在研究型實踐教學模式中，師生互動有助于學生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握。根據課程需要，結合國內外的研究現狀和發展趨勢，采用與行業內吻合的實驗軟件，挑選合適的電路原型做仿真設計，并共同探討電路的優化方案。
3．3 專業資料查詢能力培養
為學生提供研究資料或指導學生進行資料查詢、整理，鼓勵學生從圖書館、書店、網絡等各種途徑查閱文獻資料，以充實自己的研究基礎。提醒學生要對已收集的資料進行批判性的研究，去偽存真，指導學生從這些資料中總結、分析、解釋與實踐研究課題相關的理論、知識經驗以及前人的研究成果。
3．4 指導學生撰寫專題論文（報告）
在研究型實踐教學過程中，指導學生通過論文、調查報告、工作研究、分析報告、可行性論證報告等形式記錄實踐研究成果。在撰寫論文時，要求學生要了解實踐課題研究報告的一般撰寫格式；要先擬訂論文的寫作提綱，組織好論文的結構，做到綱舉目張；會用簡練、嚴謹、準確的語言表達自己的思想，不追求文章的長短。指導學生開展專題電路討論，由學生根據自己感興趣的課題來查找文獻資料，進行研究，完成電路設計和仿真，最后完成專題論文的撰寫。
3．5 鼓勵學生參與課題研究
為調動學生參與科研創新活動的積極性，激發學生的創新思維，提高學生實踐創新能力，鼓勵學生參加老師的課題，鍛煉學生的動手能力，培養“研究型”的思維模式。
4 研究型實踐教學模式對教師和學生的要求
4．1 研究型實踐教學模式對教師的要求
研究型實踐教學模式的實施對任課教師提出了新的要求：一是要熟練地掌握課程的基礎知識和內在結構，還要掌握與課程相關的專業基礎知識和實踐的基本技能；二是要掌握學科最新信息，不斷更新知識，了解課程所涉及學科的最新動態和取得的最新研究成果；三是要熟練運用科學研究的方法和手段。這些都對教師提出了更高的要求。
4.2 研究型實踐教學模式對學生的要求
研究型實踐教學模式對學生的要求：一是學生要有一定的知識積累，儲備了比較完備的基礎知識；二是要求學生具有一定的專業知識水平，熟練掌握集成電路的一些理論知識；三是要求學生具備一定的自我控制能力和自學能力；四是要求學生具備一定的科學研究能力。在研究型教學中，學生積極參與顯得尤為重要，需要充分調動學生的積極性和主動性。
參考文獻
［1］黃雪梅.研究型實踐教學有效實現的三個關鍵環節[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.
關鍵詞：全球價值鏈 產業集群 集成電路（IC）產業 產業優化升級
全球價值鏈下的產業升級理論回顧
隨著科技的發展，全球化進程加快，跨國公司越來越注重分解生產鏈，并在全球范圍內分配生產鏈，綜合合理利用全球資源，尋求比較優勢，從而達到減低成本的目的。在跨國公司的這一生產取向下，全球產業鏈現象越來越明顯，并在此基礎上產生產品價值來源的重新組合，即形成全球價值鏈。
全球價值鏈理論根源于20世紀80年代國際商業研究者提出和發展起來的價值鏈理論。從全球價值鏈角度出發，Kaplinsky(2002)認為存在四種不同層次的產業升級模式，從低到高、迭次推進的工藝流程升級、產品升級、產業功能升級和鏈條升級四種方式。
不同層次產業升級所要求的技術水平不同，創新人員涉及的綜合素質要求不同，要求其為實現該層次創新的投入不同，面臨的風險系數也不同，因此，升級的空間和帶來的附加價值差別也十分巨大。工藝流程升級可以通過員工的短期技術培訓、更換新設備、提高各工廠車間的生產配合等簡單方式（也可以通過技術創新，如福特的汽車流水線）來實現，因此帶來的附加價值最少；產品升級對技術的要求稍高，它需要研發更新的、更便利的、更實用的、更加高檔的產品，獲得的附加價值要高于產品工藝流程升級所帶來的附加價值；功能升級要改變自身在價值鏈中的位置，從附加價值低的部分向附加價值高的部分轉移，從而獲得更高的附加價值；價值鏈條升級要求離開原來的價值鏈，尋求新的價值鏈。
上海IC產業現狀分析
集成電路產業，即IC產業，已成為引導世界經濟發展的中堅，該產業是否景氣會引起世界范圍內的經濟波動。目前世界各主要國家和地區將IC產業作為戰略性產業，并作為重點產業進行扶持和培養。IC產業是信息產業發展的基礎和前提，也是信息產業的重要組成部分，IC產業的發展狀況直接決定了該地區在產業鏈中的地位和位勢。IC產業鏈主要由設計、制造、測試封裝三個板塊組成，相應地，企業也大致分為設計企業、IC制造企業、封裝測試企業。
20世紀90年代末以來，在中央以及上海市政府的大力支持下，上海IC產業抓住世界集成電路產業結構調整以及產業轉移的機遇，大力推進外資（特別是臺資）集成電路產業向上海進行技術轉移。隨著中芯國際、宏力、泰隆、英特爾和IBM等制造、封裝、測試項目以及威盛、智原、揚智、旭上、芯成等IC設計企業相繼在上海落戶，一條囊括設計、光罩、制造、封裝測試以及設備、材料等支持服務在內的集成電路產業鏈初步形成，上海集成電路產業的整體水平大大提升。
2005年，上海市的集成電路設計業通過重點建設國家集成電路設計上海產業化基地和國家集成電路設計生產力促進中心，已在全國范圍內“開創了基地式集群發展的先河”，綜合發展能力開始在全國領先。至2005年11月，上海集成電路設計公司的數量已經從2000年初的17家發展到145家，數量占全國總量的25%；上海集成電路設計企業和個人獲得國家集成電路布圖設計登記，數量連續五年保持全國第一；上海設計企業標準工藝自主設計能力已從2000年的0.6微米躍升至2005年的0.13微米；上海集成電路設計業產值已從2000年的2億多元發展到2004年的11.1億元，年增長率達70%；上海集成電路設計企業凝聚了集成電路設計專業人才4000多人。
可見，自20世紀90年代以來，上海集成電路產業取得了長足進步。一個涵蓋設計、封裝、測試等上下游相關產業的集成電路產業鏈框架已形成。
由上可知，上海信息產業獲得了較快的發展，但在世界信息產業鏈上的地位不高。按照附加價值高低可以將全球價值鏈分成四部分：第一部分為美國及部分歐洲國家所處的產業價值鏈的高端，他們擁有品牌，負責標準制定和產品研發以及系統集成，控制著核心產品和新產品的生產；第二部分為日本所處的次高端，日本是世界電子信息產業的第二大國，是世界消費電子產品的霸主，在微電子、光電子產品以及計算機方面僅次于美國，并具備較強的研發能力，尤其擁有精湛的生產工藝；第三部分為韓國、新加坡以及中國臺灣地區等新興國家和地區，他們處于產業價值鏈的中端，經過積累，他們已具備較好的生產技術，正發展成為集成電路等部分關鍵元器件的生產基地，并生產部分高端產品和新產品；而上海地區仍然處于產業價值鏈的低端，主要從事一般元器件的生產以及整機的加工和組裝。
價值鏈在全球化的同時，本身的構成也發生著變化，使得價值鏈低端附加值低的部分更加邊緣化，進一步降低該部分的附加值，相應地，高端部分附加值進一步提高，價值鏈弧度收縮，導致國際國內收入差距進一步擴大。國際上，隨著跨國公司外包低價值鏈附加值部分，發達國家獲取的收益越來越高，發展中國家的利益越來越少。
從國內來看，掌握大量資本和先進技術的群體可以從全球搜索利潤，而勞動者由于低端產業轉移面臨就業困境。這就使得上海信息產業的進一步發展面臨嚴峻的挑戰。
上海IC產業發展存在的問題
從上海市近年來IC產業的發展狀況來看，上海市已經成為我國IC產業的支柱之一；然而，從上海IC產業產值的分布來看，其產業結構不盡合理，發展面臨眾多挑戰。
（一）缺乏技術創新能力且對外依賴度高
上海IC產業區技術提升的主要來源并不是大規模的自主研究和開發創新，FDI和眾多跨國企業成為上海IC產業的主要資金供應渠道和技術創新源泉，上海IC產業因尚未掌握核心技術，而在國際技術標準上受制于人。信息產業技術處于主導地位的發達國家，為了保護自己對技術的壟斷地位和國際競爭力，對出口技術和設備都嚴格控制。
例如上海集成電路產業是通過引進中國臺灣的技術和資金建立起來的，一方面使上海集成電路產業在相對短時間內形成規模，并使中國大陸集成電路制造水平縮短了與國際先進技術的差距；另一方面使上海以集成電路為核心的信息技術產業進一步發展有賴于引進更多的臺灣技術，形成技術發展過程中明顯的“路徑依賴”。
在技術的自主創新方面，上海研究開發費用R&D占GDP對信息產業增加值的關聯度不夠，對信息產業增加值的拉動作用不大。要維持信息產業的持續高速增長，上海在R&D經費的投入量、密集度、分配比例、人均研究經費、投入結構等方面要重點加強研究。上海地區IC產業的進一步發展要突破技術的瓶頸，仍然要充分利用國際技術擴散機制吸收、學習和積累技術，并提高自身的技術創新能力，逐步縮小甚至消除技術差距。
（二）產業結構不合理
上海ic產業結構不盡合理，自主創新能力弱，產品檔次及增值含量低，而且大都集中在中低檔次的消費類電子應用領域，大多局限于進口代替的仿制產品類，同時缺乏個性技術及產品，滿足不了也跟不上應用市場的需求。
（三）缺乏吸引高素質人才的機制
上海ic產業對高素質人才的吸納力度仍然欠缺。產業發展不僅取決于本地高校和在校生的多寡，更重要的如何能夠吸引并留住人才。黃維德、陳萬思（2005）關于上海信息產業人才流動的調查顯示，信息產業人才供給的增長速度滯后于產業的發展速度，復合型技術管理人才極為短缺。在高強度的工作壓力下，信息人才所享受的薪酬吸引力不夠，獲得的培訓機會不多，工作滿意度不高。企業缺乏對人力資本投資的足夠重視，使人才高度流動難以長期沉淀和集聚。
（四）產業發展融資方式不足
作為知識經濟的核心，ic產業發展過程中需要巨額資本投入，特別是對r&d的投資，但目前上海ic產業由于資本短缺、融資困難，許多新技術、新產品因缺少資本支持而不能投入生產、經營和產業化，錯失市場機會。
促進上海ic產業升級的對策
綜上所述，ic產業價值鏈上附加價值最高的部分是研發過程和市場營銷過程。國際上也普遍認為電子信息產業及其價值鏈發展不可或缺的基礎和保障條件是ic產業的發展。為促進上海ic產業快速發展，并提高其產品國際競爭力，本文提出以下對策：
（一）提升產品附加價值以提高其國際競爭力
從上海ic產業在世界產業鏈中的地位及產業升級層次來看，上海ic產業在價值鏈上實現了工藝流程升級和部分的產品升級，取得了一定的成功，帶動了全國ic產業的發展。隨著價值鏈構成的變化，工藝流程升級和產品升級附加價值提升空間縮小，升級難度系數也不斷增大，只有轉向功能升級和價值鏈條升級，才能進一步提升附加價值，提高在全球產業鏈中的地位和位勢，提高ic產品國際競爭力，加快國家信息產業的發展。
（二）加強政府扶持力度
關鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結構優化
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0033-03
一、引言
微電子技術是隨著集成電路，尤其是超大型規模集成電路而發展起來的一門新的技術。微電子技術包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列專門的技術，是高科技和信息產業的核心技術。微電子產業是基礎性產業，對國民經濟有著巨大貢獻，并滲透到其他很多學科，是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。作為電子通信類高校，南京郵電大學建校近50年來，正朝著信息科技類大學進軍。隨著電子、通信和信息等產業的飛速發展，國內外都需要大量的微電子學人才，我校成立微電子學專業，旨在為我國的ASIC設計方面，培養急需的人才[1-6]。我國“十五”計劃綱要明確提出大力發展半導體集成電路產業，為了滿足社會的發展和需求，我校微電子專業成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學校各級領導的重視和關心下，專業建設取得了飛速發展。本科人才培養方案是各專業人才培養目標、培養規格以及培養過程和方式的總體設計，是學校組織本科教學、規范教學環節、實現人才培養目標的綱領性文件，對人才培養質量具有決定性的影響。當今的高校教育不僅需要培養大量理論基礎較扎實、具有開拓創新精神的專業型人才，也更需要培養大量工程應用型人才。所謂“應用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發展的，能夠將專業知識和技能應用于所從事的專業社會實踐的高級專門人才。“應用型人才培養模式是以能力為中心，以培養技術應用型專門人才為目標的”。它更加注重的是實踐性、應用性和技術性。即基礎知識比高職高專學生深厚、實踐能力比傳統本科生強，是本科應用型人才最本質的特征。本科應用型人才培養模式是根據社會、經濟和科技發展的需要，在一定的教育思想指導下，人才培養目標、制度、過程等要素特定的多樣化組合方式。
二、深化完善本科教學體系改革的措施探討
人才培養方案制（修）訂工作對于學校實現人才培養目標、進一步深化完善本科教學體系改革具有重要意義，人才培養方案制（修）訂需要全面貫徹國家中長期教育改革和發展規劃綱要，認真落實教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見等文件要求，不斷適應國家和社會發展需要，進一步深化教育教學改革，優化人才培養過程，提高人才培養質量，促進學生全面發展。具體的改革措施探討如下。
1.進一步明確本專業的特點和優勢。培養方案是高等學校實現人才培養目標、開展人才培養工作的總體設計和實施方案，為全面貫徹教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見，以執行最新頒布的普通高等學校本科專業設置管理規定為契機，推動我校新一輪專業建設和教學改革，以不斷適應知識經濟、科技、社會發展對各類高素質創新人才的需要，根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，構建和完善適合我校辦學指導思想、具有我校辦學特色的本科創新人才培養體系，根據新《目錄》規定的各專業培養目標、培養要求、主干學科、核心課程、主要實踐性教學環節、主要專業實驗，緊密結合近年“本科教學工程”改革實踐，開展本科專業培養方案的修訂。本專業培養適應社會發展需要，道德文化素養高，社會責任感強，身心健康，掌握扎實的自然科學基礎知識和必備的專業知識，具有良好的學習能力、實踐能力、專業能力和創新意識，能在微電子器件、工藝和集成電路設計及相關的電子信息科學領域從事科學研究、產品研發、工程設計、技術管理等工作的專門技術人才。主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。
2.課程設置進一步優化。課程的設置是否合理對人才的培養起到了至關重要的作用，尤其是現今提出的對專業人才的更高要求，需要進一步優化課程體系，合理安排課程內容。首先，在課程設置方面，當前，南郵本科微電子專業經過幾年的發展，取得了不少成績。但世界范圍內微電子產業飛速發展的特點決定了高校微電子學科的教學必須緊緊跟隨產業發展的步伐。我們在看到以前所取得的成績的同時也必須看到其中所存在的一些問題，并積極進行改革創新。我校的微電子專業在設立初期，經過各方專家的反復討論和論證，建立了一套統一的專業課程和教學大綱。這套課程滿足該專業最基本的專業要求。但由于微電子專業設立時間不長，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無法設立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學仍然是基本上按統一的教學大綱和教學要求組織。隨著學校辦學規模的擴大，通達微電子學院的設立，選修微電子專業課程的學生人數不斷增加，原有的教學課程體系和科目還需要進一步細化、深化、推廣。為此，在課程設置上，我們必須對已經投入使用的培養方案進行分析和總結、不斷地進行修訂和完善，將整個學科的課程結構體系、到具體到每一門課程的知識體系，都進行優化設計，以期在最短的學時內使學生掌握牢固的知識。最終使學生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實的數學、物理等方面的基本理論和基本知識；系統掌握量子與固體物理、半導體物理與器件物理、半導體集成電路設計和制造的基本知識，具有獨立進行微電子器件、工藝和集成電路設計的基本能力；了解電子信息類專業的一般原理和知識，受到科學實驗與科學思維的訓練，具有本學科與跨學科的科學研究與技術開發的基本能力；在綜合類實踐、實驗中具有較強的獨立設計、分析和調試系統的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養成良好的學習習慣，對終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發展的能力；其次，對于理論課程的內容，針對南京郵電大學的學科特點和電子科學與工程學院的實際情況，以及本專業的特色建設，主要專業方向為微電子器件、工藝和集成電路設計。注重集成電路設計、集成電路版圖設計、微電子器件設計和MEMS設計。以能力培養為基礎來設計，并考慮學生畢業后從事的職業，根據工作的要求對教學中的課程進行專項的能力和綜合能力培養。在通識教育類課程中設置了高等數學、大學物理、物理實驗、程序設計等。專業教育類課程中設置了信號與系統、數字電路與邏輯設計、模擬電子技術及電工電子實驗等。這些是所有涉及到電類專業的學生都必須學習的課程。在微電子專業的專業課中安排了固體物理、半導體物理、半導體集成電路工藝、半導體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎理論課程，是為微電子專業的學生打下基本的專業基礎。考慮到工程認證的需要，在集成電路與CAD的課程設置上，專門增加了16小時的實驗，加強學生的實驗和操作技能。在集成電路分析與設計的課程設置中，專門將模擬和數字分開，設置了各48小時的模擬集成電路分析與設計、數字集成電路分析與設計，這不同于其他院校的課程設置，應該也算是我專業的一個特色和優勢。使學生掌握初步的集成電路設計知識，加強了學生的集成電路分析和設計的能力。除了已經設置的32小時的VLSI設計實驗課和32小時的微電子專業實驗，還增加了32小時的工藝實驗，這也大大加強了實驗和上機比例。具體來講，已經在建設的ASIC設計實驗室的基礎上開展了ASIC設計實驗課程的教學，并籌備建立了微電子專業實驗室，擁有了一批工作站、計算機等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學會一到兩種EDA工具的使用方法。建設微電子器件和半導體物理專業實驗課程，在廣泛調研的基礎上購置了必要的儀器設備、編寫了實驗教程、開展了半導體材料實驗和晶體管測試實驗；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產業前端和后端工序的微電子實驗課程體系。開展了器件和工藝設計實驗。掌握一定微電子實驗能力是微電子專業本科生應當具備的基本素質。在微電子專業的專業選修課中設置了VLSI版圖設計基礎、片上系統設計、微電子器件設計、MEMS與微系統設計、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設計、電路設計、工藝設計等各個方面。更好地體現了應用型人才的培養方向和目標。再者，實踐課程的內容上，由于微電子專業是一個實踐性較強、實踐內容多的專業，從集成電路的生成流程來看，其實踐內容包括系統和電路設計、器件設計、工藝設計、版圖設計、實際流片和測試。實踐課程的設置對培養學生解決問題能力、判斷能力和創新能力極為關鍵；需要工程認證的專業的實驗實踐課程必須要達到30%以上。因此，還擬通過建立微電子專業實驗室，開設微電子和半導體測試實驗課，在培養學生理論知識的同時，加強實踐能力的培養，培養既有較深理論基礎，又有一定動手能力的全面發展的學生。在實踐型環節的課程設置中，通識基礎課和學科基礎課中安排了電類學科所必須的程序設計、電裝實習、電子電路課程設計等。在專業基礎課和專業課中，設置了軟件設計、微電子課程設計等，尤其是微電子課程設計，將進行較大的改革，要求改革后設計內容都是與本專業緊密相關，全面運用到所學的專業知識。
3.師資隊伍的建設。本專業現在擁有專業教師14名，完全滿足本科的專業教學需要，但從事集成電路設計方向的老師比較缺乏。還有，學生的個性不同，使學生在學習的興趣、主動性等方面差異很大；隨著社會競爭的日益激烈和社會需求的不斷變化，又使學生的未來發展面臨很大挑戰，學生的需求隨之呈現多樣化。因此，多元化的培養規格應當成為共識。將學生的具體情況和社會需求相結合，這就要求我們必須打破現有的統一模式，根據學生的實際和社會需求建立多樣化的課程體系，實施分類教學，在保證打好扎實的專業基礎的前提下，設立盡可能多的適應當今社會發展的方向性課程。建立既具有深厚扎實的理論知識功底，又具有精通實踐、有很強的動手操作能力和解決生產實際問題能力的教師隊伍迫在眉睫。近幾年，我學院在引進高水平的師資力量方面進行了不懈的努力，微電子專業教師的隊伍在不斷擴大，教師的專業方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地擔任各主要方向的專業課教學。但仍然缺乏學科帶頭人，缺乏一個凝聚人心的事業平臺，學術梯隊。這就要加速建設學科帶頭人、重點骨干教師和優秀青年教師4個層次的學術梯隊。通過培養和引進，形成一批整體素質高、學術實力強、結構合理、具有團結協作精神的學術梯隊，使其在學科建設中發揮突出作用。鼓勵教師積極申報各類項目，積累一定的設計、實驗和操作經驗。鼓勵教師與公司、研究所合作，鼓勵教師到國內外高校去做訪問學者，積極參加國內外舉辦的國際會議，從而了解專業的最新發展、前沿問題，開闊眼界。
三、小結
總的來說，微電子學是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。培養方案是高等學校實現人才培養目標、根據我校教育教學改革的實際，及時總結人才培養經驗，以“本科教學工程”建設工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養計劃”及“工程教育專業認證”，進一步更新教育觀念，深化教育教學改革，提高本科教育質量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點和優勢，以通信集成電路設計為主要方向，同時兼顧工藝設計與器件設計。相信通過培養方案、課程設置、師資等各方面的建設，一定會培養出高質量的微電子學領域人才，為我國的微電子工業做出貢獻。
參考文獻：
[1]楊宏，王鶴.微電子機械技術的發展與現狀[J].微電子學，2001，31（6）：392-394.
[2]李文石，錢敏，黃秋萍.施敏院士論微電子學教育[J].教育家，2003，（3）：11-16.
[3]劉瑞，伍登學，鄔齊榮等.創建培養微電子人才教學實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，23（5）：6-8，23.
[4]李斌，黃明文.微電子技術專業創新教育探索[J].中山大學學報論叢，2002，22（1）：108-109.
[5]嚴兆輝.微電子的過去、現在和未來[J].武漢工程職業技術學院學報，2003，15（2）：30-34.
[6]蔣元平.學科建設的內涵詮釋和實現策略[J].中國西部科技，2007，（1）.
關鍵詞 工程教育專業認證；射頻微電子；卓越工程師
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2015）11-0007-02
1 引言
工程教育專業認證對保證和提高工程教育質量、推動我國卓越工程師教育培養計劃具有重要作用。我國工程教育于2013年6月在韓國首爾召開的國際工程聯盟會議上成功加入《華盛頓協議》，成為預備會員，這標志著我國工程教育邁出重大步伐，為工程類學生今后走向世界提供了具有國際互認質量標準的“通行證”。工程教育專業認證作為國家工程師制度改革的基礎和前提，也將為廣大工科學生未來的工程執業提供便利[1-2]。
隨著國內半導體制造現代化工藝線的不斷建設和擴展，以及微電子技術的飛速發展，IC產業對微電子人才需求日益增加。目前我國正面臨微電子技術人才奇缺的局面，對培養人才的要求也日益提高。射頻微電子學課程作為電磁場與微波技術方向的專業核心課程，是數字通信、射頻系統以及射頻集成電路設計的基礎。建立能適應新形勢下滿足工程教育認證標準要求的射頻微電子學課程教學體系，提高射頻微電子學課程教學水平，是電類專業順利通過工程教育專業認證的重要環節之一。
為實施教育部“卓越工程師教育培養計劃”，切實增強學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力，本文結合客觀實際，從教學方式方法改革、學生工程實踐能力培養、側重學生對所學知識的應用和創新能力的教學評價方法的研究和實踐等方面著手，建設面向工程教育專業認證的射頻微電子學課程教學體系[3]。
2 改進教學方式方法，提高學生學習的積極性
采用先進現代教學手段是提高學生學習興趣和積極性的重要方法之一。
1）在保證知識結構的系統性和知識點布局的全面性基礎上，采用啟發式互動教學法，充分調動學生學習微電子課程的積極主動性，引導學生主動分析工程實際問題，有效提高課程的教學質量。
2）改進多媒體課件，使教學更貼近工程實踐。使用視頻剪輯、動畫、實物照片等教學手段，向學生展現該課程的核心內容以及所學理論的工程實踐應用，增加學生對射頻和微電子的感性認識。例如：在介紹S參數時，可以通過視頻錄像介紹工程實踐中利用矢量網絡分析儀測試射頻無源器件及有源器件S參數的方法；在介紹微波傳輸線時，可以向學生展示由微帶構成的射頻前端系統中的饋電網絡的實物照片和調試過程的視頻錄像；通過收集并展示各種射頻無源（濾波器、功分器等）、有源器件（低噪聲放大器、混頻器等）的照片和實物，使學生更形象地認識射頻器件，提高學生的學習興趣。
3）推進課程網站的建設，以網絡教學作為教學輔助手段。在教學網站上提供國外著名科教網絡頻道有關射頻技術和微電子學的課程課件和相關教學資源，課堂教學課件、射頻微電子技術常用的網絡資源和網址，建立討論區供學生相互討論和教師答疑，建立專門的網頁介紹射頻微電子技術的前沿和發展方向，鼓勵學生跟蹤前沿技術自主創新。
4）在教學評價方面，側重學生對所學知識的應用和創新能力的考查，將小組自主學習、研究性學習的情況納入對學生成績的評價，引導學生重視課程的實踐環節，改變單一的考試成績評價方式，重視學生在學習過程中的自我評價和自我改進。
3 注重學生面向工程實際的能力培養，改革射頻微電子學實踐教學內容
微電子學課程體系主要包括微電子器件和工藝、集成電路設計與應用兩大類，應用性極強，學生需經過實際器件工藝的操作和具體集成電路的設計，才能深刻理解器件工作原理、掌握集成電路仿真和版圖繪制方法，全面了解集成電路設計的全過程，達到很好的教學效果。
作為該課程體系中重要的一門課程，射頻微電子學是一門理論性與工程性都很強的課程。如圖1所示，射頻微電子學涉及許多學科交叉領域，因此，學生不僅需要學習數字集成電路設計、模擬集成電路設計等理論課程，掌握集成電路原理，還要能利用各代工廠提供的工藝庫和器件模型進行各種集成電路原理設計和版圖繪制。現代射頻集成電路的開發流程，由仿真域（設計、仿真、驗證）實體域（電路實現）測試域（測試驗證）三個環節構成。工業界需要的合格的射頻微電子工程師必須具備在上述三個領域的全面知識和技能。目前培養的學生比較注重基礎理論的學習，僅對仿真域中的設計環節比較熟悉，而仿真、電路實現、測試等方面的能力比較欠缺。
因此，在教學過程中，為了培養學生的工程實踐能力，除了基礎理論知識的教授外，還需教授學生掌握電路CAD軟件、電磁場仿真設計工具（HFSS、IE3D或CST）、各種集成電路測試設備（矢量網絡分析儀、示波器、信號源、頻譜儀和噪聲儀），并要求學生利用電磁仿真軟件對所學的射頻無源及有源器件（如濾波器、功分器，低噪聲放大器、混頻器、振蕩器等）進行分析和設計，使學生不僅能更深刻地理解所學習的射頻器件的工作原理及射頻集成電路設計方法，也能熟悉和掌握仿真軟件。學生在教師或助教的指導下，自主設計、仿真驗證射頻無源器件（如濾波器、功分器、工分器等）及其有源器件（如低噪聲放大器、混頻器等），在此基礎上進行射頻系統前端的集成電路設計，然后通過評估篩選出性能較好的設計，制作實物并進行工程測試。這樣就實現了對學生在射頻集成電路工程設計重要環節由仿真域（設計、仿真、驗證）實體域（電路實現）測試域（測試驗證）能力的培養。
在理論教學的基礎上，通過小組學習討論的方式，鼓勵學生按課題小組設計多種射頻元器件。但由于射頻器件及射頻系統前端的集成電路的制作和工程測試的成本較高，無法滿足所有學生的需求，對器件的制作和測試必須擇優進行。在實際的實踐教學中，只進行某種器件設計的小組為參照組，評估完成整個設計、仿真、制作、測試流程的小組對該器件掌握的改善情況。
4 進行校企合作的卓越工程人才聯合培養
射頻微電子學教學可在校企聯合培養機制下，建立必要的激勵政策，充分發揮企業的行業優勢，引導教學從注重學生“考試結果”向注重學生“學習過程”的轉變。這反映到本課程的教學內容上，要強調理論性與本課程的有機結合，突出案例分析和實踐研究；反映到教學過程中，要重視運用團隊學習、案例分析、實踐研究和模擬訓練等方法的運用。在考核時，對校外課外的實踐內容實行嚴格的考核，比如邀請校外射頻微電子工程技術人員與校內專業教師組成考核小組，考核學生在企業實習的具體表現。根據實際條件，增加工廠生產實習環節，使學生能在綜合運用所學知識的基礎上，加強對企業崗位操作規程及相關管理規程等的詳細了解。
5 結束語
本文在工程教育專業認證背景下并結合本校的本科卓越工程師教育培養和專業建設，基于筆者近兩年來在微波技術與天線、射頻微電子學課程授課過程中的總結，探討建立新形勢下能滿足工程教育認證標準要求的射頻微電子學課程教學體系，從而適應國際化、社會化、高素質、創新型人才的培養需求。需要指出的是，由于受到教學經驗和客觀實際的限制，筆者只是簡要地討論了在工程教育背景下本課程教學的轉變，在未來的教學過程中會進一步進行思考和總結。
參考文獻
[1]修開喜.中美工程教育專業認證體系的比較研究[D].遼寧：大連理工大學，2013.
[2]劉昭亞.本科院校工程教育專業認證制度研究[D].安徽：淮北師范大學，2014.
[3]林健.“卓越工程師教育培養計劃”質量要求與工程教育認證[J].高等工程教育研究，2013（6）：49-61.
第一條:本辦法所稱集成電路產品，是指通過特定加工將電器元件集成在一塊單晶片或陶瓷基片上，執行特定電路或系統功能的產品（包括單晶硅片，即呈單晶狀態的半導體硅材料）。
本辦法是為集成電路產品的生產企業享受優惠政策制定的審定辦法和認定程序。
第二條:根據上級規定和授權范圍，*市科學技術局會同*市國家稅務局負責管理全市集成電路產品的認定工作：
（一）審定、授權我市的集成電路產品認定機構；
（二）監督檢查我市集成電路產品的認定工作，審核批準認定結果；
（三）公布我市集成電路產品認定目錄；
（四）受理對認定結果、年審結果以及有關認定決定的異議申訴。
第三條:經研究，*市集成電路產品認定由*市科技局負責受理，并委托*市集成電路設計創業服務中心具體負責實施集成電路產品認定和年審工作。
第四條:為保證認定工作的權威性和公正性，*市集成電路設計創業服務中心應組建專門的認定專家委員會，其成員應以集成電路行業的專家為主，并得到市科技局與市國稅局的認可。專家委員會負責審查企業的認定申請，提出認定意見。專家委員會對認定意見實行投票表決制，三分之二以上多數通過有效。
第五條:認定機構在認定工作中要遵循公平、公正、科學、高效的原則，并為申請企業保守商業秘密。
第六條：申請認定集成電路產品應符合下列條件:
（一）符合國家對有關集成電路產品的基本規定；
（二）自產的集成電路產品（包括晶圓片、芯片）；
（三）不包括銷售和受托封裝的產品。
第七條:申請集成電路產品認定應當提供下列材料:
（一）集成電路產品認定申報表；
（二）企業營業執照副本和稅務登記證副本（復印件）；
（三）表明型號標識和產品外部特征的實物圖片（指成品電路）；
（四）所使用的設計軟件、產品的生產流程、產品特點、技術含量、產品用途等說明材料；
（五）其他需要出具的有關資料。
企業自主設計而在境內確實無法生產需委托境外加工的集成電路產品，還需提供下列材料:
（一）產品知識產權的相關材料；
（二）在國內無法加工的情況說明；
（三）境外委托加工合同副本。
第八條：企業申請集成電路產品認定時，提交的材料必須完整準確、真實有效。申報材料要求報送一式三份，并同時報送電子文檔。
第九條：認定機構收到申報材料后首先進行形式審查，如在形式審查中發現申報材料不夠完備應及時通知原申請單位補報有關材料。
經形式審查合格的資料統一整理后交認定專家委員會進行評審。認定機構根據評審結果形成認定意見，上報市科技局與市國稅局核準。核準后的認定結果向社會公布并接受監督。
第十條：對經過認定的集成電路產品實行年審制度。企業應在年審通知規定的時限內報送年審材料。認定機構負責對企業報送的年審材料進行審查，審查結果報市科技局與市國稅局核準。放棄年審或年審不合格的集成電路產品其認定資格自下一年度起取消。
第十一條：企業對認定結果、年審結果以及認定機構作出的其它決定有異議的，可在收到通知或公告后的60日內，通過原申報渠道提出申訴，并提交異議申訴材料。有關機關應在收到申訴材料的60日內作出處理決定。
第十二條：經認定的集成電路產品，企業憑市科技局與市國稅局的認定批準文件，向所在地主管國稅機關辦理享受優惠政策的手續。
第十三條：認定機構可以向申請集成電路產品認定的企業收取適當的認定審查費，但應當以不盈利為原則。收取的費用主要用于資料整理、專家評審等必要的開支，實行單獨核算管理并接受認定工作管理機關的監督。具體預算和收費標準報市科技局會同市國稅局批準后實施。
關鍵詞：EDA；SoC；教學特色
作者簡介：侯寧（1982-），男，河南鎮平人，河南城建學院電氣與信息工程學院，講師；趙張飛（1984-），男，安徽滁州人，河南城建學院電氣與信息工程學院，助教。（河南 平頂山 467000）
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0088-02
集成電路工藝的不斷進步，使得整個嵌入式系統可以集成到單顆芯片中，稱為系統芯片（System-on-a-chip，SoC）。SoC是在專用ASIC的基礎上發展起來的，其不再是功能單一的單元電路，而是一種面向某種應用的嵌入式系統。[1，2]與由分立器件構成的板級系統相比，SoC在成本、體積、速度、集成度、功能多樣性等方面均具有極大優勢，是各種自動化設備、汽車電子、家電、消費類電子領域的核心部件。
由于我國在集成電路設計領域起步較晚，雖然歷經十余年的奮起直追，但與國外的差距反而有逐步拉大的趨勢。2012年，國內芯片進口總量2197.17億個，總額約1650億美元，已經超過石油進口總額的1200億美元。SoC芯片的進口量更是在芯片進口總量中占有極大比重，因此，培養合格的集成電路設計人才是高校面臨的一項極其迫切的任務。
一、EDA技術教學面臨的挑戰
SoC系統設計包含硬件設計和嵌入式軟件設計兩個方面，需要微機原理、數字電路設計、模擬/射頻電路設計、嵌入式軟件等多學科的知識與技能。同時，由于SoC系統需要軟硬件協同實現系統功能，因此設計者必須在定義SoC功能規范時，確定SoC系統的軟硬件劃分。隨后，按照軟件工程方法學設計嵌入式軟件，按照VLSI集成電路設計方法學設計硬件。在設計過程中也需要結合軟硬件協同設計的思想，加快SoC系統的設計進度。[3，4]
現階段，我國高校中電子類及通訊類專業均開設有導論性質的SoC系統課程，但是理論性太強，學生缺乏對SoC系統的直觀認識并且出現重嵌入式軟件，輕體系結構及硬件設計的問題。學生對系統總線、知識產權核（intellectual Property，IP）、軟硬件劃分、軟硬件協同設計等概念不甚了解。
EDA技術是通訊工程、電子信息工程、電子科學與技術及相關專業的一門專業基礎課，也是唯一一門講述現代數字電路設計方法及流程的課程。[5]當前EDA技術實驗面臨內容單一，實驗項目常以驗證型實驗為主，學生的設計難以突破實驗箱的限制。[6]此外，在該課程教學之前，學生通過微機原理、單片機原理等課程的學習，已經對嵌入式系統的體系結構、指令集等概念建立起整體認識，但是由于面對的仍然是8051、8259等分立器件，學生還沒有建立系統的概念，特別是軟硬件協同設計的思想。因此，EDA技術教學中，在學生掌握了基本組合電路、時序電路設計方法后，利用一個真實的SoC系統平臺進行實踐教學，可以使學生進一步理解SoC系統，通過SoC系統實驗使學生初步建立起軟硬件協同設計思想。
二、SoC系統平臺介紹
為了滿足EDA設計課程教學中SoC系統實驗的需要，筆者開發了一款嵌入式SoC系統平臺，如圖1所示。
嵌入式SoC系統平臺包括一款兼容ARM指令集[7]的處理核。AHB總線掛接內部存儲器，默認從設備，中斷控制器。處理核通過APB總線橋訪問常用的慢速外設，包括通用IO、定時器、SPI接口、I2C接口以及UART接口。
嵌入式SoC系統平臺結構簡單，參數化設計，外設豐富，除了滿足SoC系統實驗要求外，還可以做為EDA課程設計的基礎平臺開展一些開放性實驗。
筆者開設的SoC系統實驗課沒有采用Altera公司的SOPC實驗環境。[8，9]筆者認為對于初步接觸SoC系統的學生而言，該平臺涉及的自動化工具過多，容易將學生學習的注意力轉移到工具的使用上，而忽略了對SoC系統本身的學習。
三、SoC系統實驗介紹
已經開設的SoC系統實驗包括系統總線實驗、通用總線接口（General Purpose Input Output，GPIO）設計實驗和開放性實驗三部分。通過這部分內容的學習，要求學生掌握系統總線、IP核的概念，初步建立軟硬件協同設計思想并理解軟硬件資源開銷。
1.系統總線實驗
微機原理和單片機課程通常以8051作為授課對象。8051的外部總線是一種板級三態總線，要求地址和數據總線復用，完全不同于強調流水操作的現代系統總線。AMBA總線是ARM公司定義的一種系統總線規范，用于ARM處理核與外設IP間的數據通訊，是一種典型的現代系統總線。①由于ARM處理核超高的市場占有率，AMBA總線標準應用廣泛。
AMBA總線規范內容較多，實驗僅涉及AHB-LITE總線和APB總線的基本操作。
圖2所示為一個典型的AHB-LITE總線系統，實驗要求學生自己定義各個外設的總線地址區間，設計出總線的譯碼器模塊和多路選擇器模塊。
APB總線橋連接AHB總線與APB總線，這部分內容作為開放實驗的一部分，供學有余力的同學學習。實驗中僅要求學生掌握APB總線的基本讀寫時序。
通過系統總線實驗，使學生理解現代系統總線的設計思路，理解板級總線與片內系統總線的區別。
2.GPIO設計實驗
GPIO是SoC系統最基本的外設IP，可以用作各類總線擴展接口，還可以提供額外的控制監視功能。本實驗要求學生需要依據設計規范，設計出一款基于APB總線接口的GPIO外設IP，特別要求GPIO支持硬件“讀―改―寫”操作。通過該實驗使學生理解IP核的設計重點，重點建立軟硬件劃分的設計思想，理解軟硬件資源開銷。
圖3所示為實驗技術規范定義的GPIO框圖，主要包括數據模塊和中斷模塊。GPIO規范要求設計具有如下特征：軟件配置輸入或者輸出；支持硬件“讀-改-寫”功能；可配置作為中斷源；可配置支持上升沿和下降沿中斷。
在實際教學中，要求學生必須完成GPIO的數據模塊的設計。中斷模塊的設計可作為開放性實驗。在實驗中，要求學生用軟件實現“讀―改―寫”操作，與硬件的“讀―改―寫”操作比較，深刻理解嵌入式系統設計中的軟硬件開銷問題，對SoC系統的軟硬件劃分思想有初步的認識。
3.開放性實驗
SoC系統的內容豐富，由于EDA技術學時有限，筆者將一些課程教學無法涉及的內容放在EDA課程設計的開放性實驗環節。學生可以在利用SoC系統平臺開發外設IP，豐富平臺功能。
開放性實驗提供的可選實驗包括：PWM電機控制實驗，要求學生根據規范要求設計PWM IP并控制電機運轉；UART通用串口實驗，要求學生根據規范設計UART IP并與PC 調試助手通訊；SPI FLASH編程實驗，要求學生根據規范設計SPI IP并完成SPI FLASH編程；I2C接口液晶控制實驗，要求學生根據規范設計I2C IP并控制液晶模塊；RTC實驗，要求學生根據規范設計RTC IP并編程支持實時時鐘；未來開放性實驗還將提供SD Card IP，USB IP，Ethernet IP等實驗。
集成電路設計技術發展迅猛，SoC系統平臺的擴展和豐富需要教師不斷學習，以確保學生在校期間能接觸到最先進的集成電路設計知識，快速適應未來工作。
四、 結束語
針對當前本科教育階段SoC系統教學中重理論，輕實踐，重軟件，輕硬件設計的問題，筆者利用自己研發的SoC系統實驗平臺，積極探索EDA技術課程教學，加強實踐環節指導，提升學生對SoC系統的理解，使學生初步建立起軟硬件協同設計的思想。利用EDA課程設計的開放性實驗環節，指導學有余力的學生獨立設計一些簡單的外設IP，培養學生興趣，進一步增強學生就業競爭力。
注釋：
①參見的內容。
參考文獻：
[1]郭煒， 郭箏，謝憬.SoC設計方法與實現[M].電子工業出版社，
2007.
[2][美]羅文.復雜SoC設計[M]. 吳武臣， 侯立剛，譯.機械工業出版社，2006.
[3]趙川，徐濤，孫曉光.高性能處理系統的軟硬件協同設計研究[J].計算機工程與科學，2009，31（1）：20-23.
[4]于海，姚啟桂，虞躍，等.基于SoPC的狀態監測裝置的嵌入式軟硬件協同設計[J].現代電子技術，2012，（22）：1-4.
[5]周莉莉，周淑閣.EDA課程教學方法的研究與實踐[J].實驗室科學，2008，（5）：55-57.
[6]翟文正，管功湖.將EDA 技術引入計算機組成與結構實驗教學的研究[J].實驗室研究與探索，2008，（12）：12-14.
[7]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
關鍵詞：信號處理；CDIO；集成電路設計與集成系統
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A
文章編號：1005-913X（2013）02-0117-02
一、引言
目前信號處理相關課程在國內外諸多高校都是本科教育主要課程群之一，但該類課程存在理論性較強，數學公式和數學概念較多。學生在學習中不能理解其實質和用途，很難將其與實際問題相結合，并運用相關工具來解決實際的工程問題。集成電路設計與集成系統（以下簡稱集成）專業中信號處理類課程占有相當大的比重，如何提高學生解決實際工程問題的能力是本專業亟待解決的問題。目前多個高校開始實施針對信號與系統或數字信號處理的課程改革，所涉及到的課程改革都是在不改變現有課程體系結構上的教學改革，沒有結合各自專業的特點，如集成專業的數字信號處理的側重點應與其他專業的數字信號處理的側重點不同。
CDIO 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO 代表構思（Conceive） 、設計（Design） 、實現（ Implement） 和運作（Operate） ，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，培養學生的解決實際工程問題的能力。[1，2，4]信號處理是集成專業的一個重要研究方向，目前國內開設集成專業的高校還沒有開展該專業的CDIO工程教育研究與實踐。本文以CDIO工程教育理念為指導，以集成專業的教學計劃為基礎，對集成專業信號處理相關課程進行優化整合、構建集成專業信號處理課程群。所建課程群可作為本專業CDIO工程教育培養模式下的二級CDIO項目，為本專業實施CDIO工程教育奠定基礎。另外該項目的成功實施對改善該專業的培養模式，提高該專業學生的實踐能力具有重要意義。
二、信號處理課程群構建的指導原則及方法
實施基于CDIO教學理念的集成專業教學改革，[3]其中最重要的環節是建立該專業的CDIO項目。包括：一級項目、二級項目和三級項目。本文所涉及的內容主要是為了建立一個該專業的二級項目，該二級項目是以信號處理課程群為載體，讓學生掌握關聯性較強的課程之間缺乏知識的繼承性和連貫性。將各個課程中涉及的知識點有機結合。筆者以CDIO工程教育理念為課程群構建的指導思想，采取理論結合實踐的研究方法，構建出能突顯本專業特色的信號處理課程群。
（一）以CDIO 理念為指導，構建本專業信號處理課程群
按照CDIO 教學改革理念，對照現行大綱，構建以信號與系統、數字信號處理、基于FPGA的系統設計與應用高級數字IC設計為主線的課程群。增加實踐和工程應用環節，重新統籌理論教學內容，去除課程間知識的重復和冗余，構建出融傳授知識、培養能力、提高素質為一體的課程群。
（二）理論結合實踐，先試點試驗再逐步推廣
在構建課程群時采用探究式研究方法。以小班為試點進行實驗，積累經驗再逐步推廣。對于整個課程群的構建也要先從個別課程開始，逐步擴建到整個課程群。
（三）建立有效反饋機制，及時修正課程群構建中的不足
在構建課程群的過程中，要動態調整教學內容。為此要建立一套有效的反饋機制。積極聽取授課教師和聽課學生的意見和建議，歸納總結及時進行調整，逐步實現課程群構建的最優化。
（四）考慮本專業的特點，突顯本專業特色
所構建的信號處理課程群要與本專業的教學計劃緊密結合，以構建本專業信號處理方向的二級CDIO項目為目的。充分體現CDIO的教學理念和本專業的特色。
三、主要研究內容及取得的成果
構建該專業信號處理課程群，建立該專業CDIO工程培養模式下的二級項目。需要解決以下主要關鍵性問題：一是在構建的課程群中如何充分體現CDIO理念；二是課程群知識點的優化整合；三是設計貫穿整個課程群的案例。為了解決以上問題，本了以下研究工作。
（一）以CDIO工程教育模式的項目構建為標準，構建課程群
本文擬構建出集成專業信號處理課程群，該課程群包括：信號與系統、數字信號處理、數字IC設計、基于FPGA的系統設計與應用和高級數字IC設計。信號與系統和數字信號處理是本專業的學科基礎課；數字IC設計和基于FPGA的系統設計與應用是本專業的專業平臺課；高級數字IC設計是本專業的專業方向課。課程群中課程之間的關系如圖所示。所構建的課程群也可作為本專業CDIO教學改革的一個CDIO二級項目。
（二）課程群教學內容優化整合
課程群所涉及的各科課程內容既具有自身的完整性，又有一定的交叉，課程內容相互關聯、相互滲透。如果每門課程都強調課程內容的系統性和完整性，必然造成內容多學時少的矛盾，單門課程的教學改革很難收到理想效果。本課程群所設計的課程中內容涉及集成電路設計的整個環節，從算法到架構好后到實現。其中信號與系統和數字信號處理屬于算法領域，數字IC設計屬于架構領域，基于FPGA的系統設計與應用和高級數字IC設計屬于實現領域。對于一個數字系統的設計需要用到上述所有課程中涉及到的知識。但本身課程之間又有相互重疊的內容。構建該課程群時，筆者充分考慮了課程群內課程的關聯性，重新統籌了理論教學內容，去除了課程間知識的重復和冗余，并增加實踐和工程應用環節。
（三）以Matlab和FPGA為實現手段設計貫穿整個課程群的案例
該課程群中大量的理論和結論都是通過數學推導的方式得到，所以學生往往過于注重公式推導或證明，而不能理解其實質和用途。缺乏運用工具來解決實際的工程問題的能力。本文以Matlab作為信號處理算法的驗證的工具，FPGA作為信號處理VLSI實現的驗證工具。充分利用其各自的特點，以二者為該課程群的實現手段設計貫穿整個課程群的案例。所設計案例要涵蓋課程群的全部重點知識點，并且可以遍歷集成電路設計的設計流程：系統設計、算法設計、仿真驗證、硬件描述語言建模及FPGA驗證。
（四）以《數字信號處理》為載體，設計了該課程群下的CDIO三級項目
以該課程群作為本專業二級CDIO項目，則該課程群下可構建出若干三級CDIO項目。以《數字信號處理》作為構建CDIO三級項目的試點課程，設計了該課程群下的三級CDIO項目。設計的案例包括：基于Matlab的FFT IP設計和無限沖激響應數字濾波器設計等。
本文以提高學生解決工程問題能力為目構建了信號處理課程群，旨在解決原有信號處理相關課程重理論、輕實踐的問題。以CDIO工程教育理念為指導思想，在現有集成專業信號處理課程群的基礎上，構建了該專業信號處理課程群。所構建的課程群可作為本專業CDIO工程教育改革中的二級CDIO項目。所構建的信號處理課程群充分體現了集成專業的專業特點，注重信號處理算法分析設計的同時，注重其VLSI的驗證與實現。
參考文獻：
[1] 顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP— CDIO—汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）.
關鍵詞:可編程片上系統;現場可編程門陣列;計時系統;NIOS II處理器
中圖分類號:TD31
文獻標識碼: A
文章編號:1005-569X(2009)06-0097-02
1 引 言
在集成電路(IC)發展初期,電路設計都是從器件的物理版圖設計入手。后來出現了集成電路單元庫(Cell-Lib),使得集成電路設計從器件級進入邏輯級,極大地推動了IC產業的發展。不過,集成電路只有安裝在整機系統中才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板(PCB)等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高,功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性及重量等因素的限制,整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展,系統對電路的要求越來越高。傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時,由于IC設計與工藝技術水平提高,集成電路規模越來越大,復雜程度越來越高,整個系統已可以集成在一個芯片上。目前已經可以在一個芯片上集成108～109個晶體管。SOC就是在這種條件下應運而生的。
2 嵌入式系統開發概述
2.1 嵌入式系統簡介
嵌入式系統是指以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟件硬件可剪裁,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。它主要由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用軟件等部分組成。
2.1.1 嵌入式操作系統以及用戶應用軟件
嵌入式處理器的應用軟件是實現嵌入式系統功能的關鍵,對嵌入式處理器系統軟件和應用軟件的要求也和通用計算機有所不同。
首先,軟件要求固化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性,嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中,而不是存儲與磁盤等載體中。
其次,軟件代碼高質量、高可靠性。盡管半導體技術的發展使處理器速度不斷提高、片上存儲容量不斷增加,但在大多數應用中,存儲空間仍然是寶貴的,還存在實時性的要求。為此要求程序編寫和變異的質量高,以減少程序二進制代碼長度、提高執行速度。
最后,系統軟件為多任務高實時性的。在多任務的嵌入式系統中,對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧與合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵,單純同過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的,這種任務調度只能由優化編寫的系統軟件來完成,因此系統軟件的高實時性是基本要求。而多任務操作系統則是知識集成的平臺和走向工業標準化道路的基礎。
2.2 嵌入式系統的特點
嵌入式系統是集軟件、硬件于一體的高可靠性系統。
嵌入式系統是資源開銷小的高性能價格比系統。嵌入式系統的發展離不開應用,應用的共同要求是系統資源開銷小,性價比高。
嵌入式系統是功能強大、使用靈活方便的系統 嵌入式系統應用的廣泛性,要求該系統通常是無鍵盤、無需編程的應用系統,使用它應如同使用家用電器一樣方便。
3 基于FPGA和 NIOS II計時/計數工程的設計與實現
3.1系統軟件設計
系統軟件主要完成:系統初始化、時間顯示、按鈕中斷處理,時間的累加與設置等功能。
圖1系統軟件流程圖
3.1.1系統的時間的顯示
由于開發環境的限制,而且沒有LCD的支持,所以只能用4個7段數碼顯示管來顯示時鐘。4個數碼管分成兩組,每組2個數碼管,一組顯示分鐘,一組顯示時鐘,每個數碼管顯示一位數字,剛好完成分鐘和時鐘的顯示。
7段數碼管的原理如圖2所示:
圖27段數碼管
每個7段數碼管由與一個8位的并行I/O接口相連,所以需要一個8位的無符號數來控制(alt_u8)類型,每一位控制相應的a,b,c,d,e,f,g,dp為以下為每位對應的控制關系,如圖3所示
圖3 7段數碼管的控制位
由于1表示燈不亮,0表示燈亮,這樣數字0就由0x81表示,即10000001除了g和dp不亮其他的都亮。
將0-F這16個數所對應的編碼依次放在一個數組中,取出當前是中的得高位與低位low和high,然后通過:data=segments[low]|(segments[high]
3.2 時間的設置
時間的控制通過中斷完成。在SOPC Builder中設置button_pio就定義了關于button_pio的用戶中斷(NIOS II處理器最多支持64個異常,有32個外部中斷輸入),系統生成時會為用戶自定義的中斷分配相應的中斷號和中斷優先級。NIOS II中斷向量表提供了指向中斷服務程序的指針,通過修改中斷向量表可以改變相應中斷的中斷處理子程序。
4 結語
本系統時基于FPGA,采用Altera提供的全套軟硬件開發平臺所設計的一個可編程片上系統(SOPC)。本系統主要的特點和功能如下:
系統應用廣,擴展性強:計時功能是很多系統的必備功能。
系統開發周期短,成本低:系統由SOPC Builder構建,大大縮短了硬件設計的時間,有效的降低了成本
系統靈活性強:可編程片上系統相對于片上系統(SOC)最大的優勢在于它的靈活性,用戶如果要對系統作功能擴展可以輕松實現。
系統交互性強:系統時間設置方法和普通電子手表的時間設置方法相同,用戶可以輕松上手。
參考文獻:
[1] 黃智偉.FPGA系統的設計與實踐[M].北京:電子工業出版社,2005.
[2] 趙雅興.FPGA原理、設計與應用[M].天津:天津大學出版社.1999.
[3] 于楓, 張麗英, 廖宗建.ALTERA可編程邏輯器件應用技術[M].北京:科學出版社,2004.
[4] 張大撥.嵌入式系統原理、設計與應用[M].北京:機械工業出版社,2005.
[5] Altera Corporation. Nios II Hardware DevelopmentTutorial..cn.
關鍵詞：電子設計自動化；課程特點；教學方法
作者簡介：董素鴿（1983-），女，河南葉縣人，鄭州大學西亞斯國際學院電子信息工程學院，助教；李華（1972-），男，河南鄭州人，鄭州大學西亞斯國際學院電子信息工程學院，助教。（河南鄭州451150）
中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）11-0046-02
電子設計自動化（EDA：Electronic Design automation）是將計算機技術應用于電子設計過程中而形成的一門新技術，[1]它已經被廣泛應用于電子電路的設計和仿真、集成電路的版圖設計、印刷電路板（PCB）的設計和可編程器件的編程等各項工作中。
隨著半導體技術及電子信息工業的不斷發展，電子設計自動化技術在信息行業中的應用范圍越來越廣泛，應用領域也涉及產業鏈中的幾乎任何一個環節。一方面是社會上對電子設計自動化人才的急需，另一方面是我國高校中電子設計自動化人才培養的落后，兩者之間的矛盾也促使眾多的高校開始在電子信息、微電子技術等專業中開設“電子設計自動化”課程。如今，該課程已成為眾多信息類學科的專業必修課，這為我國電子設計自動化人才的培養和充實做出了巨大的貢獻。
“電子設計自動化”課程教學效果直接影響著人才培養的質量，因此，優秀的教學方法和教學質量是教學過程中必須重視的。筆者根據近幾年的教學經歷，總結經驗，開拓創新，形成了一套特有的教學方法，旨在培養出基礎牢、思路清、知識廣、能力強的電子設計自動化人才。
一、“電子設計自動化”課程教學的特點
電子設計自動化是一個較為寬泛的概念，它涵蓋了電路設計、電路測試與驗證、版圖設計、PCB板開發等各個不同的應用范圍。而當前“電子設計自動化”課程設置多數側重電路設計部分，即采用硬件描述語言設計數字電路。因此，該課程的教學具非常突出的特點。
1.既要有廣度，又要有深度
有廣度即在教學過程中需要把電子設計自動化所包含的各個不同的應用環節都要讓學生了解，從而使學生從整個產業鏈的角度出發，把握電子設計自動化的真正含義，以便于他們建立起一個全局概念。有深度即在教學過程中緊抓電路設計這個重點，著重講解如何使用硬件描述語言設計硬件電路，使學生具備電路設計的具體技能，并能夠應用于實踐和工作當中。
2.突出硬件電路設計的概念
在眾多高校開設的“電子設計自動化”課程中，多數是以硬件描述語言VHDL作為學習重點的。而VHDL語言是一門比較特殊的語言，與C語言、匯編語言等存在很大的不同。因此，在教學過程中首先要讓學生明白這門語言與前期所學的其他語言的區別，并通過實例，如CPU的設計及制造過程，讓學生明白VHDL等硬件描述語言的真正用途，并將硬件電路設計的概念貫穿整個教學過程。
3.理論與實踐并重
“電子設計自動化”是一門理論性與實踐性都很強的課程，必須兩者并重，才能收到良好的教學效果。在理論學習中要突顯語法要點和電路設計思想，[2]并通過實踐將這些語法與設計思想得以加強和鞏固，同時在實踐中鍛煉學生的創新能力。
二、“電子設計自動化”課程教學方法總結
良好的教學方法能起到事半功倍的效果。因此，針對“電子設計自動化”課程的教學特點，筆者根據近幾年的教學經驗總結了一些行之有效的教學方法。
1.以生動的形式帶領學生進入電子設計自動化的世界
電子設計自動化對學生來說是一個全新的概念。如何讓他們能夠快速地進入到這個世界中，并了解這個世界的大概，從而對這個領域產生興趣，是每個老師在這門課授課之前必須要做的一件事情。教師可以采用一些現代化的多媒體授課技術，讓學生更直觀地了解電子設計自動化。由于電子設計自動化是一個很抽象的概念，因此，可以通過播放視頻、圖片等一些比較直觀的內容來讓學生了解這個領域。從學生最熟悉的電腦CPU引入，通過一段“CPU從設計到制造過程”的視頻，讓學生了解集成電路設計與制造的流程與方法，并引出集成電路這個概念。
通過早期的集成電路與現在的集成電路的圖片對比，引出EDA的概念，并詳細講解EDA對于集成電路行業的發展所作的巨大貢獻。在教學過程中，通過向學生介紹一些使用EDA技術實現的當前比較主流的產品及其應用，提高學生對EDA的具體認識。這些方法不僅使學生對EDA相關的產業有了相應的了解，更激發了學生的學習興趣，使學生能夠踴躍地投入到“電子設計自動化”的學習中。
2.以實例展開理論教學
“電子設計自動化”的學習內容包含三大部分：[3]硬件描述語言（以VHDL語言為學習對象）、開發軟件（以QUARTUS II為學習對象）和實驗用開發板（以FPGA開發板為學習對象）。
硬件描述語言的學習屬于理論學習部分，是重中之重。對于一門編程語言的學習來說，語法和編程思想是學習要點。在傳統的編程語言學習的過程中，通常都是將語法作為主線，結合語法實例逐漸形成編程思想。這種學習方法會使學生陷入到學編程語言就是學習語法的誤區中，不僅不能學到精髓，還會因為枯燥乏味而產生厭倦感。
如何能使學生既能掌握電路設計的方法，又輕松掌握語法規則是一個教學難題。筆者改變傳統觀念，將編程思想的學習作為教學主線，在理論學習過程中，以具體電路實例為基礎，引導學生從分析電路的功能入手，熟悉將電路功能轉換為相應的程序語句的過程，并掌握如何將這些語句按照規則組織成一個完整無誤的程序。在此過程中，不斷引入新的語法規則。由于整個過程中學生的思考重點都放在電路功能的實現上，而語法的學習就顯得不那么突兀，也不會產生厭倦感。由于語法時刻都需要用到且容易忘記，因此在后期的實例講解過程中需要不斷地鞏固之前所學過的語法現象，以避免學生遺忘，以此讓學生明白，學習編程語言的真正目的是為了應用于電路設計。通過一些實踐，學生體會到語言學習的成就感，進一步提高了學習興趣，此方法收到了良好的教學效果。
3.將硬件電路設計的概念貫穿始終
硬件描述語言與軟件語言有本質區別。很多學生由于不了解硬件描述語言的特點，在學習過程中很容易將之前所學的C語言等軟件編程語言的思維慣性的應用于VHDL語言的學習過程中，這對于掌握硬件電路設計的實質有非常大的阻礙。因此，在教學過程中，從最初引入到最后設計電路，都要始終將硬件電路設計的概念和思維方式貫穿其中。
在講述應用實例時，需要向學生分析該例中的語句和硬件電路的關系，并強調這些語句與軟件語言的區別。以if語句為例，在VHDL語言中，if語句的不同應用可以產生不同的電路結構。完整的if語句產生純組合電路，不完整的if語句將產生時序電路，如果應用不當，會在電路中引入不必要的存儲單元，增加電路模塊，耗費資源。[4]而對于軟件語言，并沒有完整if語句與不完整if語句之分。為了讓學生更深刻地理解不同的if語句對應的硬件電路結構特性，可以通過一個小實例綜合之后的電路結構圖來說明。
如以下兩個程序：
（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）兩個程序唯一的不同點在于：程序（1）中使用的是elsif語句，是一個不完整的if語句描述，而程序（2）使用的是else語句，是一個完整的if語句描述。這一條語句的區別卻決定了兩個程序的電路結構有很大的不同。（1）綜合的結果是一個時序電路，電路結構復雜，如圖1所示。而（2）綜合的結果是一個純組合電路，電路結構非常簡單，如圖2所示。通過綜合后的電路圖比較，學生更深刻理解這兩類語句的區別。
強化硬件電路設計的思想，可以促使學生逐漸形成一種規范、高效、資源節約的設計風格，培養一個優秀的硬件電路設計工程師。
4.通過實踐拓展強化學生動手能力
“電子設計自動化”是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力。
筆者在教學過程中鼓勵學生將課程實踐和畢業設計內容相結合的方法，讓學生強化實踐能力，收到了良好的效果。學習“電子設計自動化”課程的學生基本上都是即將進入大四，此時他們的畢業設計已經開始進入選題，開始了初步設計的過程。筆者先在實驗課堂向學生布置一些常用硬件電路設計的題目，比如交通燈、自動售貨機、電梯控制器等，讓學生體會電子設計自動化課程的實用性，激發他們的思考和學習興趣。在此基礎上分組組建實踐小團隊，讓每組學生共同完成一個較復雜的電路系統，比如遙控小車、溫度測控系統等，鼓勵他們將所做的內容與畢業設計對接。其中大部分同學通過這些訓練都可以掌握硬件電路設計的基本方法和流程，有一部分同學還能設計出比較出色的作品。此過程不僅讓學生體會到了學習知識的快樂，也培養了他們的團隊協作精神，為他們以后的繼續深造和工作做了鋪墊。
三、結束語
掌握“電子設計自動化”課程的特點，有針對性地改善教學方法，充分調動學生的學習積極性，強化理論和實踐教學相結合，一方面使學生把握課程的全局性，了解和熟悉電子設計自動化行業的狀況和最新動態；另一方面培養學生具有扎實的理論基礎和良好的動手能力，培養出厚基礎、重實踐、有創新的高素質人才，具有重要的社會意義。
參考文獻：
[1]潘松,黃繼業.EDA技術與VHDL(第二版)[M].北京:清華大學出版社,2007.
[2]Roth,C.H.數字系統設計與VHDL[M].金明錄,劉倩,譯.北京:電子工業出版社,2008.
