時(shí)間：2022-02-18 07:43:40
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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篇電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
為適應(yīng)應(yīng)用型專業(yè)轉(zhuǎn)型的需要，促進(jìn)電子信息類專業(yè)課程向應(yīng)用型課程轉(zhuǎn)化，文章以“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程為例，從專業(yè)課程的課程理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面對(duì)適應(yīng)于應(yīng)用型人才教育的專業(yè)課程改革模式進(jìn)行了探索，給出了相應(yīng)的改革內(nèi)容，為其他應(yīng)用型課程改革提供了參考。
關(guān)鍵詞：
應(yīng)用型課程；電子信息類專業(yè)課程；教學(xué)模式
隨著信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)人才的需求方向也發(fā)生了改變，不僅僅需要學(xué)術(shù)研究性人才，同時(shí)更加需要應(yīng)用型人才和職業(yè)技能型人才，尤其是能將所學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力的應(yīng)用型人才的需求比重最大。在這一背景下，各地方高校擔(dān)負(fù)起應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重任[1]，開始將高校人才培養(yǎng)目標(biāo)向應(yīng)用型人才培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)化，切實(shí)通過轉(zhuǎn)型發(fā)展促進(jìn)內(nèi)涵發(fā)展、特色發(fā)展，提高質(zhì)量，解決好急需人才不夠用、普通人才就業(yè)難問題。在專業(yè)轉(zhuǎn)型的大背景下，如何將人才培養(yǎng)從原來的學(xué)術(shù)型人才培養(yǎng)過渡到應(yīng)用型人才培養(yǎng)，切實(shí)對(duì)轉(zhuǎn)型過程中在人才培養(yǎng)方案、專業(yè)設(shè)置、課程體系、師資配備、教學(xué)管理機(jī)制等問題提出具體可行的方案，成為高校教育改革研究的新課題。目前本科院校的應(yīng)用型課程建設(shè)已成為當(dāng)前提高應(yīng)用型高校教育質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，在課程建設(shè)中必須能夠突出應(yīng)用性知識(shí)的傳授與學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]，這樣才能將課程的應(yīng)用性改造落到實(shí)處。電子信息類專業(yè)課程作為本科高等院校教學(xué)中應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)課程，由于其專業(yè)本身具有的技術(shù)更新快、實(shí)踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的特點(diǎn)，在課程的教學(xué)過程中必須注重新技術(shù)與工程性的結(jié)合、理論與實(shí)用的結(jié)合，所以在其教學(xué)開展中更應(yīng)對(duì)課程理念、課程教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、課程內(nèi)容、評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行探討研究。文章從專業(yè)轉(zhuǎn)型的背景出發(fā)，以“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”為例，在專業(yè)課程的課程理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面對(duì)適應(yīng)于應(yīng)用型人才教育的專業(yè)課程改革模式進(jìn)行了探索。
一、電子信息類專業(yè)課程現(xiàn)狀分析
目前國內(nèi)各高校都著眼于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)、并不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，但學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中仍存在缺少創(chuàng)新精神和科學(xué)研究的主動(dòng)性的問題。這也反應(yīng)了在專業(yè)課程的設(shè)置及教學(xué)活動(dòng)開展過程中存在的問題，主要表現(xiàn)為理論教學(xué)學(xué)時(shí)長(zhǎng)、側(cè)重于理論知識(shí)的傳授；課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)單一，缺乏體驗(yàn)式教學(xué)；課程內(nèi)容更新慢，與新技術(shù)脫節(jié)；實(shí)踐環(huán)節(jié)項(xiàng)目?jī)?nèi)容缺乏實(shí)際性和趣味化，學(xué)生難以深入；考核方式單一，仍然是簡(jiǎn)單的考核學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。這一情況的存在，使學(xué)生在面臨就業(yè)時(shí)，與用人企業(yè)的需求相脫離，不能滿足企業(yè)對(duì)于綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才的需要。“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是一門綜合性、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課程，面向電子信息類專業(yè)本科三年級(jí)開設(shè)的理論與實(shí)踐相結(jié)合課程[3]。課程系統(tǒng)地介紹電子系統(tǒng)分析、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)的方法與步驟，并結(jié)合技術(shù)發(fā)展情況，介紹新技術(shù)、新方法、新器件在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。該課程是本科生了解當(dāng)前電子系統(tǒng)技術(shù)的窗口，是相關(guān)硬件與軟件設(shè)計(jì)結(jié)合、將所學(xué)理論知識(shí)付諸實(shí)踐、由書本走向?qū)嶋H的橋梁課程，因此其具有電子信息類專業(yè)課程的專業(yè)技術(shù)特點(diǎn)，通過對(duì)其向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型課程建設(shè)的研究具有一定的代表性。
二、課程改革內(nèi)容
“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的改革主要從四個(gè)方面展開：課程理念的轉(zhuǎn)變、優(yōu)化教學(xué)模式、課程內(nèi)容的更新、建立多元的評(píng)價(jià)方式。
（一）課程理念的轉(zhuǎn)變
應(yīng)用型人才不僅需要具備專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)，而且需要能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題，因此必須對(duì)現(xiàn)有的課程理念進(jìn)行轉(zhuǎn)變來指導(dǎo)課程建設(shè)。專業(yè)課程作為專業(yè)人才培養(yǎng)的重要教學(xué)科目，是學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)來增長(zhǎng)專業(yè)知識(shí)和專業(yè)能力的重要過程。而根據(jù)電子信息類專業(yè)課程的特點(diǎn)，更應(yīng)將學(xué)生作為課程的主體，由學(xué)生主動(dòng)的發(fā)現(xiàn)知識(shí)、主動(dòng)思考、積極地參與學(xué)習(xí)，同時(shí)根據(jù)課程特點(diǎn)，由教師在學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)過程中給予專業(yè)指引，不再局限于教師的“教”，而是拓展為教師的“引”與學(xué)生的“學(xué)”相結(jié)合，注重對(duì)學(xué)生主動(dòng)性、參與性的培養(yǎng)。同時(shí)注重課程教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置以及多元化的評(píng)價(jià)方式。以“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程來說，主要綜合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、DSP處理等相關(guān)技術(shù)[4]，將理論教學(xué)內(nèi)容向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化，其教學(xué)理念主要更應(yīng)以學(xué)生的“學(xué)”為主，通過教師對(duì)相關(guān)技術(shù)及前沿發(fā)展的引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中除了理論知識(shí)講授外，增加課堂討論、項(xiàng)目實(shí)踐，使學(xué)生成為教學(xué)的主導(dǎo)。
（二）優(yōu)化教學(xué)模式
原有的專業(yè)課教學(xué)側(cè)重于理論知識(shí)的傳授，課程教學(xué)多采用理論講授，造成填鴨式、灌輸式課程教學(xué)方法，學(xué)生通過聽、記完成應(yīng)用型課程的學(xué)習(xí)，這必然導(dǎo)致僅僅對(duì)知識(shí)的掌握，而脫離實(shí)踐；同時(shí)，啟發(fā)式、研究式教學(xué)的運(yùn)用少，也導(dǎo)致學(xué)生沒有學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。將CDIO工程教育理念[5]引入課程的專題項(xiàng)目教學(xué)中，通過對(duì)特定專題項(xiàng)目?jī)?nèi)容的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)體能力和工程系統(tǒng)能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。在“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程中，采用以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、基于項(xiàng)目、問題學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，通過讓學(xué)生通過對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的構(gòu)思與設(shè)計(jì)來激發(fā)學(xué)生的興趣，利用所學(xué)知識(shí)來開展系統(tǒng)層次上的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)用。
（三）課程內(nèi)容的更新
若對(duì)應(yīng)于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式[6]，原有的課程內(nèi)容必然不利用教學(xué)實(shí)踐的開展，同時(shí)課程內(nèi)容也應(yīng)與專業(yè)發(fā)展前沿相對(duì)應(yīng)，所以在課程模塊中增加技術(shù)前沿介紹等的相關(guān)板塊，并不斷更新課程內(nèi)容，使其與技術(shù)發(fā)展、專業(yè)應(yīng)用相適應(yīng)，既要考慮符合專業(yè)學(xué)習(xí)的邏輯，又要注重專業(yè)范圍的限定和課程內(nèi)容的順序安排，盡可能使課程內(nèi)容對(duì)學(xué)生有意義并具有合理性和綜合性，并且滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，適于課程教學(xué)活動(dòng)的開展。在“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程中，將課程內(nèi)容整合優(yōu)化為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、專題技術(shù)知識(shí)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐三大模塊。其中電子設(shè)計(jì)方法主要介紹電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論、模擬電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、基于DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中可靠性設(shè)計(jì)；專題技術(shù)知識(shí)主要結(jié)合新技術(shù)的發(fā)展和新器件應(yīng)用，將在專業(yè)基礎(chǔ)課程中所學(xué)的相關(guān)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，介紹典型傳感器應(yīng)用、模擬信號(hào)變換、放大及濾波電路應(yīng)用設(shè)計(jì)、基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于嵌入式平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DSP系統(tǒng)應(yīng)用；項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐要求學(xué)生完成具有工程應(yīng)用背景的項(xiàng)目的規(guī)劃、確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐。這里項(xiàng)目實(shí)踐配合課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及學(xué)生的課外科技活動(dòng)、開放式實(shí)驗(yàn)室教學(xué)進(jìn)行，使課程的內(nèi)容改革不僅僅局限于課堂內(nèi)的教學(xué)，而是拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。
（四）建立多元的評(píng)價(jià)方式
現(xiàn)行的課程考核多以階段性考核（平時(shí)成績(jī)）和總結(jié)性考核（期末考試）構(gòu)成，而對(duì)于采用學(xué)生主動(dòng)式學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，這種考核方式不符合面向應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，所以應(yīng)采取有效且具有多元性的考核評(píng)價(jià)方式，對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握、實(shí)踐能力、應(yīng)用素養(yǎng)等幾方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。也就是說需要對(duì)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力、思維能力、課堂參與程度、作業(yè)及實(shí)踐活動(dòng)完成質(zhì)量進(jìn)行考核。“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的考核不僅要考核學(xué)生對(duì)課程基本理論知識(shí)的理解和掌握，還要考核學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的吸收與應(yīng)用情況，同時(shí)考核還要體現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。因此，課程考核包括平時(shí)成績(jī)、開卷考試和實(shí)踐考核。平時(shí)成績(jī)主要考核學(xué)生對(duì)課程的參與程度，包括課堂討論成績(jī)、課后作業(yè)，其中課后作業(yè)一方面對(duì)課堂講授知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，同時(shí)要求學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索、網(wǎng)絡(luò)檢索對(duì)相關(guān)新器件、新技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí)，其占總成績(jī)的10%。開卷考試的命題過程中，從培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)出發(fā)，不再含有記憶型考題，而是采取應(yīng)用能力型考題?？碱}涵蓋器件應(yīng)用、電路模塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其占總成績(jī)40%。實(shí)踐考核通過學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論探討，撰寫小論文；完成電路設(shè)計(jì)、仿真及實(shí)現(xiàn)，遞交設(shè)計(jì)報(bào)告及作品；實(shí)踐考核題目可選固定命題，也可以自主命題，特別鼓勵(lì)同學(xué)大膽想象，自擬課題，經(jīng)教師確認(rèn)后，完成相應(yīng)任務(wù)?？己诉^程中設(shè)有答辯環(huán)節(jié)，學(xué)生以PPT形式向教師及全體同學(xué)展示項(xiàng)目研究及作品，并由教師進(jìn)行提問，學(xué)生給予作答。通過答辯環(huán)節(jié)主要完成知識(shí)點(diǎn)的檢查和研究作品的展示，考查學(xué)生在從事設(shè)計(jì)和撰寫論文中知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用情況和創(chuàng)新性。實(shí)踐考核占總成績(jī)50%。
三、結(jié)束語
經(jīng)過對(duì)“電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程改革的初探，在課程教學(xué)和課程理念的重構(gòu)方面進(jìn)一步拓展了思路；課程內(nèi)容的不斷更新使學(xué)生開拓了眼界；同時(shí)也可以將教師科研方面中應(yīng)用性較強(qiáng)、具有工程背景的課題項(xiàng)目引入教學(xué)；面向?qū)嵺`能力考核的多元化考核機(jī)制對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性有一定推動(dòng)作用。我國的信息化建設(shè)的不斷增強(qiáng)對(duì)信息化人才的需求也正在逐年增大。但電子信息類應(yīng)屆本科生的理論基礎(chǔ)較好，但動(dòng)手實(shí)踐能力薄弱，使學(xué)生就業(yè)加大了難度，造成了應(yīng)用型人才的供給不足。通過對(duì)電子信息類專業(yè)課程的教學(xué)改革，提出適用于電子信息類應(yīng)用型人才學(xué)生培養(yǎng)的課程理念，建立既能夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)踐能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力的平臺(tái)，建立多元化考核機(jī)制，有效地實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力的檢驗(yàn)，同時(shí)與不斷追蹤信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，緊跟行業(yè)科技進(jìn)步，不斷更新課程內(nèi)容，將對(duì)學(xué)生的科技素養(yǎng)、應(yīng)用能力培養(yǎng)起到重要作用，且對(duì)其他應(yīng)用型課程改革具有一定的參考價(jià)值。
作者：馬利 張玉奇 牛斌 單位：遼寧大學(xué)
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；開放式教學(xué)；教學(xué)模式
1.引言
綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是電子信息類本科學(xué)生的一門專業(yè)核心課程，該課程是電路原理、模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理、微機(jī)原理和嵌入式系統(tǒng)等多門課程的綜合運(yùn)用，通過設(shè)計(jì)任務(wù)、查找參考資料、設(shè)計(jì)電路、計(jì)算機(jī)仿真、安裝調(diào)試和整理總結(jié)等環(huán)節(jié)，使學(xué)生初步掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)。其教學(xué)效果直接體現(xiàn)了學(xué)生利用現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。在教學(xué)過程中，筆者一直在思考和探索，試圖通過教學(xué)模式的改革，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)出自學(xué)能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的人才。
2.教學(xué)現(xiàn)狀
目前該課程的教學(xué)模式采用傳統(tǒng)的理論授課與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，注重教學(xué)的系統(tǒng)性和完整性，習(xí)慣按照參考書的編排順序組織教學(xué)，這種教學(xué)模式可以使學(xué)生掌握電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種理論和方法，但也存在一些明顯的不足。一是理論與實(shí)際脫節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)過程中基本原理講解過泛，軟硬件應(yīng)用舉例過于簡(jiǎn)單，沒有針對(duì)實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)的案例或應(yīng)用，技術(shù)儲(chǔ)備的前瞻性低，學(xué)生往往也不了解所學(xué)理論在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中的哪些環(huán)節(jié)可以應(yīng)用以及如何應(yīng)用。二是缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念的培養(yǎng)。電子信息類的學(xué)生畢業(yè)后往往都從事于電子產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)的工作，產(chǎn)品開發(fā)是一個(gè)整體的過程，即使了解每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，需要較強(qiáng)的綜合、規(guī)劃能力，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法提供這樣的訓(xùn)練。三是缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法中理論的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的操作都只是個(gè)體行為，而實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中，往往是一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)的集體行為，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力顯得尤為重要。因此，以團(tuán)隊(duì)協(xié)作為基礎(chǔ)，以具體應(yīng)用為導(dǎo)向并貫穿產(chǎn)品開發(fā)全過程的實(shí)踐教學(xué)模式將是課程改革的主要方向。
3.教學(xué)模式改革
3.1 實(shí)施開放式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性
開放教學(xué)的時(shí)間和空間、拓寬教學(xué)的渠道，引導(dǎo)學(xué)生自主參與實(shí)踐活動(dòng)，從知識(shí)的被動(dòng)接受者變?yōu)橹R(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者，靈活地選取探索途徑和方法，為學(xué)生提供發(fā)展創(chuàng)造性思維和實(shí)踐的機(jī)會(huì)。教學(xué)過程的開放性主要體現(xiàn)在：
（1）選題開放
項(xiàng)目的選取以實(shí)踐項(xiàng)目為載體，有的來源于指導(dǎo)教師組的科研項(xiàng)目；有的是企業(yè)急需解決的實(shí)際問題；還有一些是歷年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的題目。指導(dǎo)教師根據(jù)項(xiàng)目的難度和工作量確定項(xiàng)目的難度系數(shù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選取不同的課題，或者自擬具有一定工程應(yīng)用價(jià)值的題目。
（2）學(xué)時(shí)開放
傳統(tǒng)的教學(xué)時(shí)間集中為兩周，學(xué)時(shí)安排較為緊張，很多問題來不及思考就在匆忙中結(jié)束?？紤]到項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程工作量較大，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程分散到一學(xué)期內(nèi)完成，打破了教學(xué)周學(xué)時(shí)的限制，將學(xué)習(xí)的自交給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮其主動(dòng)性，充分利用好課余時(shí)間，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)與課外教學(xué)活動(dòng)的統(tǒng)一。
（3）空間開放
由于綜合電子課程設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格的驗(yàn)收考核制度，因此，學(xué)生實(shí)踐的空間上不在限制，可以在宿舍、圖書館、機(jī)房或者網(wǎng)上預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)室，以進(jìn)行資料的查詢、硬件的安裝、調(diào)試等。在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，無論采取哪種方式，我們都尊重學(xué)生的選擇，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。
3.2 組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神
在教師指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生以項(xiàng)目組的形式開展自主學(xué)習(xí)、自主探究、自我評(píng)價(jià)，通過相互溝通、協(xié)作，高質(zhì)量、高效率的完成學(xué)習(xí)任務(wù)并共享學(xué)習(xí)成果，創(chuàng)建團(tuán)隊(duì)協(xié)作的良好氛圍。項(xiàng)目組通常以3人為一組，分成三個(gè)角色：項(xiàng)目經(jīng)理、硬件工程師和軟件工程師。學(xué)生可以自由組隊(duì)，自由選擇感興趣的角色，整個(gè)項(xiàng)目由項(xiàng)目經(jīng)理具體組織進(jìn)行。在課程教學(xué)項(xiàng)目化的基礎(chǔ)之上，以項(xiàng)目組為單位考核每個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)成員共享提問、仿真測(cè)試等過程學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的成績(jī)。
3.3 優(yōu)化考核評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)以評(píng)促學(xué)
制定及實(shí)施科學(xué)、合理的課程考核評(píng)價(jià)體系是課程教學(xué)模式改革的關(guān)鍵。針對(duì)綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐并重的特點(diǎn)，評(píng)價(jià)體系側(cè)重于學(xué)習(xí)過程、實(shí)踐及應(yīng)用能力的考核，主要構(gòu)成如下：平時(shí)成績(jī)占10%，理論考試占30%，項(xiàng)目制作占30%，課題驗(yàn)收占30%。平時(shí)成績(jī)是指課堂表現(xiàn)，參與討論的程度，完成平時(shí)作業(yè)的情況；理論考試檢查學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的掌握程度；項(xiàng)目制作包括電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和硬件制作等方面；課題驗(yàn)收是根據(jù)項(xiàng)目組完成課題的情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，主要由項(xiàng)目組自評(píng)、項(xiàng)目組互評(píng)和指導(dǎo)教師組評(píng)價(jià)三部分組成。
在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，從信息的收集、方案的選擇、軟硬件的設(shè)計(jì)與制作、測(cè)試到成果的評(píng)價(jià)，學(xué)生全程參與了項(xiàng)目開發(fā)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，成為教學(xué)活動(dòng)的主體。一方面，在積極參與項(xiàng)目開發(fā)的過程中，學(xué)生的求知欲和興趣得到了提高；另一方面，通過與項(xiàng)目組成員的合作，鍛煉了學(xué)生的溝通能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
4.結(jié)束語
實(shí)踐結(jié)果表明，綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)模式的改革，極大地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、分析能力、工程實(shí)踐能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。當(dāng)然在教學(xué)改革的過程中也遇到了一些問題，例如項(xiàng)目工程化對(duì)指導(dǎo)教師的要求相應(yīng)提高，開放式教學(xué)的時(shí)間長(zhǎng)，工作量也相應(yīng)的延長(zhǎng)，如何評(píng)價(jià)開放后的教師工作量，如何合理考慮他們的崗位津貼等，需要制定一套合理規(guī)范的辦法；學(xué)校與企業(yè)聯(lián)系不夠，來源于企業(yè)一線的課題相對(duì)較少等。這些都是急需解決的問題，還有待在具體的實(shí)踐過程中不斷的總結(jié)和完善。
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關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)課程；課程網(wǎng)站；教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）53-0120-02
一、引言
隨著電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)員工專業(yè)技術(shù)能力需求的提高，各高校電子信息類專業(yè)越來越重視學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)[1]。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)計(jì)綜合能力，我院專門開設(shè)了《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐》課程。教學(xué)過程包括理論授課和實(shí)踐環(huán)節(jié)兩部分，實(shí)踐環(huán)節(jié)主要以分散自主方式進(jìn)行，通過理論考試和實(shí)踐作品驗(yàn)收形式進(jìn)行課程考核。該課程的主要目的是提高學(xué)生電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作能力，但在教學(xué)過程中遇到了如下問題：（1）教學(xué)內(nèi)容綜合性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)分散、信息量大，而有限的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)難以滿足要求。（2）傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式側(cè)重于知識(shí)的灌輸，難于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，而自學(xué)能力則是一個(gè)優(yōu)秀工程師的必備素質(zhì)。（3）現(xiàn)有的教學(xué)模式不能為學(xué)生提供充分而有針對(duì)性的輔導(dǎo)，不利于創(chuàng)造互動(dòng)討論平臺(tái)，限制了教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流。（4）由于學(xué)生完成實(shí)踐課題以分散方式為主，不便于在學(xué)生實(shí)踐過程中進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。
為解決上述問題，本文提出一種“以課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)課程相結(jié)合”的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方法，將網(wǎng)絡(luò)課程作為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的一種有效教學(xué)手段，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)課程信息量大、選擇性、自主性學(xué)習(xí)、易于創(chuàng)建交流平臺(tái)、打破時(shí)間和空間限制等優(yōu)勢(shì)，與課堂教學(xué)相互配合，更好地滿足該課程教學(xué)的需求。本文介紹了建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程的總體設(shè)計(jì)思想和原則、課程網(wǎng)站的架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法以及基于該網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行的相關(guān)教學(xué)方法的改革和研究。
二、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的設(shè)計(jì)思想與原則
網(wǎng)絡(luò)課程的載體是課程網(wǎng)站，課程網(wǎng)站是課程建設(shè)的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課程資源共享，確保教學(xué)質(zhì)量[2]。通過課程網(wǎng)站，既彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，促進(jìn)了課程教學(xué)水平的提高，也拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[3]。在課程網(wǎng)站設(shè)計(jì)過程中必須以課程教學(xué)活動(dòng)為中心，以實(shí)際應(yīng)用為向?qū)?，結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)站建設(shè)的相關(guān)技術(shù)，才能使所建設(shè)的網(wǎng)站真正與課堂教學(xué)相結(jié)合，融入課程教學(xué)體系[4]。通過研究，課程網(wǎng)站的設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：（1）以學(xué)習(xí)者為中心的原則。學(xué)習(xí)網(wǎng)上資源的主體是學(xué)生，所選教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)通過自主學(xué)習(xí)掌握所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生探索知識(shí)的興趣和能力。另外，相比課堂教學(xué)，學(xué)生從被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)分析者，根據(jù)個(gè)人情況對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行有選擇的學(xué)習(xí)，要考慮不同學(xué)生的個(gè)性化需求。（2）教學(xué)內(nèi)容與網(wǎng)站設(shè)計(jì)相結(jié)合的原則。網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容是以網(wǎng)站的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，要重視網(wǎng)站的風(fēng)格、布局以及美工效果，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的興趣。強(qiáng)調(diào)以人為本，便于學(xué)生在線學(xué)習(xí)和練習(xí)，具有良好的人機(jī)交互性。同時(shí)，要采取相關(guān)技術(shù)手段，使網(wǎng)站內(nèi)容便于更新和維護(hù)。（3）教學(xué)實(shí)用性原則。網(wǎng)站內(nèi)容不能是課堂知識(shí)的照搬，要注重與課堂所講述知識(shí)的聯(lián)系和區(qū)別，要注重知識(shí)的擴(kuò)展，網(wǎng)站內(nèi)容應(yīng)盡可能豐富，為學(xué)生深入學(xué)習(xí)提供條件。
三、課程網(wǎng)站的設(shè)計(jì)
根據(jù)課程要求，對(duì)網(wǎng)站進(jìn)行模塊劃分、網(wǎng)頁布局和美工設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的網(wǎng)站總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過首頁進(jìn)入網(wǎng)站，在首頁中提供網(wǎng)站導(dǎo)航，整個(gè)網(wǎng)站主要設(shè)計(jì)了課程介紹、課堂教學(xué)、進(jìn)階學(xué)習(xí)、互動(dòng)交流和實(shí)踐環(huán)節(jié)五個(gè)版塊，其中互動(dòng)交流、實(shí)踐環(huán)節(jié)版塊需要進(jìn)行實(shí)名登陸才能使用，其他三個(gè)版塊可以自由瀏覽。
“課程介紹”版塊：使網(wǎng)站訪問者了解課程的整體情況，對(duì)課程內(nèi)容組織、教學(xué)要求和任課教師進(jìn)行介紹。主要提供課程基本情況、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)大綱和教學(xué)日歷的網(wǎng)頁瀏覽功能。
“課堂教學(xué)”版塊：該版塊是網(wǎng)站的主要組成部分，提供課程教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)與復(fù)習(xí)，通過自測(cè)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況進(jìn)行評(píng)估，提供課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和設(shè)備的相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)鞏固課堂教學(xué)的作用。該版塊提供電子課件、自測(cè)評(píng)估的網(wǎng)頁瀏覽和實(shí)驗(yàn)資料的下載功能。在教學(xué)內(nèi)容的選取方面，需要注意網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的內(nèi)容不能是課堂教學(xué)內(nèi)容的照搬，而是要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程的特點(diǎn)，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在本網(wǎng)站的教學(xué)內(nèi)容安排方面，結(jié)合任務(wù)驅(qū)動(dòng)的思想組織網(wǎng)絡(luò)課堂內(nèi)容，首先對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行概括和歸納，提供各章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將每一章的內(nèi)容量化為幾個(gè)相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)一步量化為多個(gè)小問題，從而突出相關(guān)知識(shí)的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)，便于學(xué)生建立自己的知識(shí)體系，讓學(xué)生在解決具體問題的過程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
“進(jìn)階學(xué)習(xí)”版塊：該版塊在課堂教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行電子設(shè)計(jì)的深入學(xué)習(xí)，注重理論知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)用。主要包括專題講座、案例分析和應(yīng)用筆記。其中，專題講座為在線視頻方式，由相關(guān)教師就電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中某一實(shí)際問題進(jìn)行深入講解；案例分析部分以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目和教師科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行整理，使學(xué)生了解電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，提高實(shí)際設(shè)計(jì)能力；應(yīng)用筆記部分主要從工程實(shí)際出發(fā)，提供典型器件的使用方法、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與注意事項(xiàng)。
“互動(dòng)交流”版塊：該版塊包括通知公告、在線答疑和學(xué)習(xí)交流三個(gè)部分，用于向?qū)W生課程通知，進(jìn)行教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的交流。在線答疑采取“聊天”的技術(shù)方式，由教師規(guī)定時(shí)間，解答學(xué)生的網(wǎng)上提問，并對(duì)共性問題進(jìn)行匯總，在課堂進(jìn)行統(tǒng)一講解。學(xué)習(xí)交流采取“留言”的技術(shù)方式，教師或?qū)W生建立討論主題，大家可對(duì)該主題發(fā)表觀點(diǎn)，進(jìn)行技術(shù)交流。通過教師合理的組織和引導(dǎo)，可充分發(fā)揮該版塊的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行電子設(shè)計(jì)的熱情和興趣。
“實(shí)踐環(huán)節(jié)”版塊：該版塊為本課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了一個(gè)規(guī)范化的管理平臺(tái)，主要包括實(shí)踐課題庫、開題申請(qǐng)（提交選題及總體方案）、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、設(shè)計(jì)文檔提交（規(guī)范化的設(shè)計(jì)報(bào)告、電路圖、程序代碼等）和驗(yàn)收申請(qǐng)等部分，有助于教師及時(shí)了解學(xué)生實(shí)踐課題的實(shí)施情況，進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。同時(shí)，該版塊也加強(qiáng)了課題設(shè)計(jì)文檔的規(guī)范化管理。
四、基于網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)方法改革
為了充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)課程對(duì)課堂教學(xué)的輔助作用，使課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)真正的有機(jī)結(jié)合，不僅網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容要與課程體系相結(jié)合，而且要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行必要的改革。根據(jù)本課程的實(shí)際情況，在教學(xué)方法方面我們進(jìn)行了如下改革：（1）將課程網(wǎng)站管理和信息更新納入本課程的基本教學(xué)工作中，制定網(wǎng)站管理制度，安排任課教師作為網(wǎng)站管理員，及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)站維護(hù)與內(nèi)容更新，做到與課程進(jìn)展同步。（2）對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新安排，使課堂教學(xué)更加具有針對(duì)性，部分教學(xué)內(nèi)容要求學(xué)生利用課程網(wǎng)站進(jìn)行自學(xué)。（3）利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)鞏固課堂所學(xué)知識(shí)，根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)設(shè)計(jì)網(wǎng)站自測(cè)評(píng)估的試題內(nèi)容，要求學(xué)生進(jìn)行階段性復(fù)習(xí)和自測(cè)。為促進(jìn)學(xué)生利用網(wǎng)站資源鞏固課堂所學(xué)知識(shí)的積極性，課程部分理論考試試題可借鑒網(wǎng)站自測(cè)評(píng)估中的內(nèi)容。（4）要求教師安排固定的在線答疑時(shí)間，并每天瀏覽專題討論情況，積極提出討論主題，與學(xué)生進(jìn)行交流，根據(jù)學(xué)生在論壇中的討論情況，反饋課堂教學(xué)，使課堂教學(xué)更有針對(duì)性。（5）利用課程網(wǎng)站對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)合該網(wǎng)站制定相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)管理辦法，促進(jìn)分散式實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的規(guī)范化。
五、結(jié)語
本文針對(duì)《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐》課程教學(xué)中存在的不足，提出了一種將課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)課程的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足。對(duì)課程網(wǎng)站的基本設(shè)計(jì)思想和原則進(jìn)行了探究，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)出符合課程要求的網(wǎng)站，并對(duì)相關(guān)教學(xué)方法進(jìn)行了改革。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。本文對(duì)相關(guān)課程網(wǎng)站建設(shè)及其教學(xué)方法的研究提供了參考，具有一定的借鑒作用。
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關(guān)鍵詞：畢業(yè)設(shè)計(jì)；EDA技術(shù)；VHDL
中圖分類號(hào)：TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）33-7609-04
畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于工科院校的學(xué)生來說是非常重要的一個(gè)學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)可檢驗(yàn)學(xué)生在大學(xué)對(duì)所學(xué)知識(shí)、技能的掌握程度，運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐的能力，及分析問題、解決問題和知識(shí)創(chuàng)新的能力。對(duì)于電子類專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題即是電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。目前由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已發(fā)生了革命性的變化，尤其是數(shù)字系統(tǒng)絕大部分設(shè)計(jì)已采用EDA技術(shù)完成，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法逐漸被淘汰。因此，掌握 EDA設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)工具對(duì)電子專業(yè)類學(xué)生來說非常重要。
1 EDA簡(jiǎn)介及與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較
EDA技術(shù)涉及面很廣，其中包括半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化，可編程器件設(shè)計(jì)自動(dòng)化，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化，仿真與測(cè)試、故障診斷、形式驗(yàn)證自動(dòng)化，內(nèi)容非常豐富。但我們從電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看，則主要有以下四方面的內(nèi)容：1）大規(guī)模可編程邏輯器件；2）硬件描述語言；3）軟件開發(fā)工具；4）實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷请娮酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)的載體，硬件描述語言是對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行邏輯描述的主要表達(dá)方法，軟件開發(fā)工具是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載及硬件驗(yàn)證工具。這門技術(shù)通過有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成了用軟件方法設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，，它的應(yīng)用解決了專用集成電路設(shè)計(jì)面臨的難度不斷提高設(shè)計(jì)周期不斷縮短的矛盾，大大的提高了電子系統(tǒng)的開發(fā)的速度。
EDA設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）EDA采用 “自頂向下”的設(shè)計(jì)方法?！白皂斚蛳隆钡脑O(shè)計(jì)方法是在頂層對(duì)整機(jī)電路系統(tǒng)進(jìn)行功能方框圖劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將數(shù)字系統(tǒng)的整體逐步分解為各個(gè)子系統(tǒng)和模塊，若子系統(tǒng)規(guī)模較大，還需將子系統(tǒng)進(jìn)一步分解為更小的子系統(tǒng)和模塊，層層分解，直至整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)關(guān)系合理，便于邏輯電路級(jí)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)止。并可逐層描述，逐層仿真，保證滿足系統(tǒng)指標(biāo)。這種設(shè)計(jì)方法有利于在設(shè)計(jì)的早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)的一次成功率。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用“自下而上”的方法，結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)錯(cuò)誤則在設(shè)計(jì)末期才能發(fā)現(xiàn)。
2）EDA設(shè)計(jì)以硬件描述語言為主。用硬件描述語言進(jìn)行電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)是EDA技術(shù)的一個(gè)重要特征。與傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)方法相比較，硬件描述語言更適合規(guī)模日益增大的電子系統(tǒng)。硬件描述語言能使設(shè)計(jì)者在比較抽象的層次上描述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征。它的突出優(yōu)點(diǎn)是語言的公開性、設(shè)計(jì)與工藝的無關(guān)性、寬范圍的描述能力、便于組織大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、便于設(shè)計(jì)的復(fù)用和繼承等。
3）EDA技術(shù)是基于芯片的設(shè)計(jì)方法。EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)載體是可編程邏輯器件，EDA設(shè)計(jì)是對(duì)其內(nèi)部邏輯功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷蓪⒄麄€(gè)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)在其中，芯片設(shè)計(jì)完成即電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。 EDA設(shè)計(jì)重點(diǎn)是芯片設(shè)計(jì)，電路板僅起到信號(hào)連接的作用。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于電路板的設(shè)計(jì)，是以通用的邏輯元、器件為主體設(shè)計(jì)電路板，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是構(gòu)成不同功能的電路板。
4）EDA設(shè)計(jì)方法是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。EDA技術(shù)通過有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成用軟件方法設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。其方案驗(yàn)證與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)邏輯綜合、布局布線、性能仿真、器件編程等都由EDA工具一體化完成。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法則以手工設(shè)計(jì)為主，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求較高，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，難度也較大。
5）高速性能好。與以CPU為主的電路系統(tǒng)相比，基于FPGA/CPLD開發(fā)的純硬件系統(tǒng)的高速性能更好。因?yàn)镃PU是通過順序執(zhí)行指令的方式來完成運(yùn)算和控制步驟的，而用硬件語言描述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是硬件，是以并行方式工作的。例如，晶振工作頻率為12MHZ的MCS-51系列單片機(jī)對(duì)A/D控制的采樣頻率為20KHZ左右；若以工作頻率為100MHZ的FPGA來完成同樣的工作，則采樣速度可達(dá)50MHZ。
另外，EDA技術(shù)有強(qiáng)大的系統(tǒng)建模、電路仿真功能。能對(duì)所設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)從各種不同層次的系統(tǒng)性能完成一系列準(zhǔn)確的仿真與測(cè)試操作。同時(shí)由于開發(fā)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化。它的設(shè)計(jì)成果是通用的，具有規(guī)范的IP核接口協(xié)議。良好的可測(cè)試與可移植性，為高質(zhì)高效的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了可靠保證。
鑒于EDA技術(shù)的優(yōu)越性，本技術(shù)已成為現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品研制開發(fā)的有效工具，成為電子工程師應(yīng)具備的基本能力之一。電子類專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用EDA技術(shù)一方面是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作技能的訓(xùn)練，同時(shí)也解決了對(duì)制作實(shí)物有一定難度的，而難于對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)正確性、可靠性進(jìn)行驗(yàn)證的問題，因EDA技術(shù)對(duì)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)正確性的驗(yàn)證可通過計(jì)算機(jī)仿真和EDA實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行。下面我們通過一個(gè)具體實(shí)例介紹運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法與過程。
2 設(shè)計(jì)實(shí)例
多路彩燈控制器。
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)
試設(shè)計(jì)一個(gè)十六路彩燈控制器，要求如下：
1）彩燈能做6種花型變化；2）有清零功能，可使十六路彩燈熄滅；3）彩燈循環(huán)有快慢兩種節(jié)拍。
2.2設(shè)計(jì)方案
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)應(yīng)有三個(gè)輸入信號(hào)：控制彩燈循環(huán)的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)clk_in，系統(tǒng)清零信號(hào)clr和控制彩燈循環(huán)節(jié)奏快慢的選擇開關(guān)信號(hào)chose_key；并有16個(gè)輸出信號(hào)led[15…0]，分別用于控制十六路彩燈。
可考慮將該控制系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊組成，分別為時(shí)序控制電路SXKZ和顯示控制電路XSKZ。其工作原理是，時(shí)序控制電路根據(jù)輸入信號(hào)clk_in、clr、chose_key產(chǎn)生符合一定要求的、供顯示控制電路使用的控制時(shí)鐘信號(hào)clk，而顯示控制電路則根據(jù)SXKZ輸出的控制時(shí)鐘信號(hào)clk，輸出6種花形循環(huán)變化的、控制十六路彩燈工作的控制信號(hào)led[15…0]。系統(tǒng)方框圖如圖1所示。
2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1） 時(shí)序控制模塊。在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)，可利用計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生所需的控制時(shí)鐘信號(hào)clk。具體實(shí)現(xiàn)過程為，在clk_in作用下，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到分頻值時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，同時(shí)使輸出信號(hào)反相，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)clk_in的分頻。其VHDL源程序設(shè)計(jì)如下。
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY sxkz IS
PORT（clk_in，clr，chose_key：IN STD_LOGIC；
clk：OUT STD_LOGIC）；
END sxkz；
ARCHITECTURE beh OF sxkz IS
SIGNAL cp： STD_LOGIC；
SIGNAL temp：STD_LOGIC_VECTOR（2 DOWNTO 0）；
BEGIN
PROCESS（clk_in，clr，chose_key）
BEGIN
IF clr='0' THEN — 當(dāng)時(shí)clr=0清零，否則正常工作
cp
temp
ELSIF clk_in'event AND clk_in='1'THEN
IF chose_key='1' THEN — 當(dāng)chose_key=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)1/8分頻
IF temp="011" THEN
temp
cp
ELSE
temp
END IF；
ELSE — 當(dāng)chose_key=0時(shí)，實(shí)現(xiàn)1/16分頻
IF temp="111" THEN
temp
cp
ELSE
temp
END IF；
END IF；
END IF；
END PROCESS；
clk
END beh；
仿真波形如圖2所示。
2）顯示控制模塊。在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)，可利用常數(shù)來定義輸出的6種花型，同時(shí)采用狀態(tài)機(jī)來設(shè)計(jì)六種花形的循環(huán)變化。其VHDL源程序設(shè)計(jì)如下。
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
ENTITY xskz IS
PORT（clk，clr：IN STD_LOGIC；
led：OUT STD_LOGIC_VECTOR （15 DOWNTO 0））；
END xskz；
ARCHITECTURE beh OF xskz IS
TYPE state IS（s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6）；
SIGNAL current_state： state；
SIGNAL flower： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）；
BEGIN
PROCESS（clk，clr）
CONSTANT f1： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0001000100010001"；
CONSTANT f2： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1010101010101010"；
CONSTANT f3： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0011001100110011"；
CONSTANT f4： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0100100100100100"；
CONSTANT f5： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1001010010100101"；
CONSTANT f6： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1101101101100110"；
BEGIN
IF clr='0' THEN
current_state
ELSIF clk'event AND clk='1' THEN
CASE current_state IS
WHEN s0=>flower
current_state
WHEN s1=>flower
current_state
WHEN s2=>flower
current_state
WHEN s3=>flower
current_state
WHEN s4=>flower
current_state
WHEN s5=>flower
current_state
WHEN s6=>flower
current_state
END CASE；
END IF；
led
END PROCESS；
END beh；
仿真波形如圖3所示。
2.3編程下載
頂層電路通過編譯仿真后，鎖定引腳，在引腳鎖定后再通過編譯器對(duì)文件重新進(jìn)行編譯，將引腳信息編入下載文件中，然后將設(shè)計(jì)文件編程/配置下載到芯片上，最后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行硬件測(cè)試。
3 結(jié)束語
目前，在電子工程領(lǐng)域EDA技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，是電子產(chǎn)品開發(fā)研制的動(dòng)力源和加速器，是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的核心。電子類專業(yè)學(xué)生掌握EDA技術(shù)、應(yīng)用EDA技術(shù)是其必備技能之一。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用更加熟練。
參考文獻(xiàn)：
[1] 焦素敏.EDA應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.
關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng) 自動(dòng)化 控制
中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0001-02
1 應(yīng)用電子系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展
伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)于科技技術(shù)的需求在不斷增大。電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展勢(shì)頭在現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)中起著至關(guān)重要的作用。從20世紀(jì)末以來，電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得現(xiàn)代電子技術(shù)的核心日益趨向計(jì)算機(jī)管理的自動(dòng)化控制。依賴于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能，自動(dòng)地去實(shí)現(xiàn)邏輯化的分析、編譯、分割以及綜合等工作，以達(dá)到電子線路的系統(tǒng)化功能。然而在現(xiàn)代的電子系統(tǒng)發(fā)展中，容納的內(nèi)容更為廣闊，電子設(shè)計(jì)、數(shù)字處理、技術(shù)優(yōu)化等都包含在電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制中。電子系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)由淺入深的過程。從20世紀(jì)70年代開始，隨著一些中小規(guī)模的集成電路被不斷的開發(fā)和應(yīng)用，當(dāng)傳統(tǒng)手工的制圖設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代科技的設(shè)計(jì)精度以及工作效率時(shí)，計(jì)算機(jī)的二維平面輔設(shè)計(jì)由此而逐步發(fā)展起來。人們開始從傳統(tǒng)印刷電路板和集成電路繁雜機(jī)械的設(shè)計(jì)工作中解脫出來，走向了以計(jì)算機(jī)軟件工具等為核心內(nèi)容的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及分析和測(cè)試工作。而在20世紀(jì)90年代，電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的開始發(fā)展出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)高級(jí)語言描述以及系統(tǒng)級(jí)仿真、系統(tǒng)綜合優(yōu)化技術(shù)為特征的新型電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)，使得電子系統(tǒng)工作的效率得到了極大的提高，同時(shí)也使得設(shè)計(jì)者們擁有了更多的時(shí)間做出更具創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案。
電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)最基本的特征是采用計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言系統(tǒng)進(jìn)行語言描述，采用“自頂向下”的電子設(shè)計(jì)方法，對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及功能的劃分，然后通過對(duì)高層次和電子系統(tǒng)各種行為的語言描述進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)邏輯綜合的各類優(yōu)化工具的作用生成最終的目標(biāo)文件，然后通過系統(tǒng)的專用集成電路來實(shí)現(xiàn)[1]。電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展如今已有30年，大致分三個(gè)階段。即計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)階段、20世紀(jì)80年代以計(jì)算機(jī)的仿真和自動(dòng)布線為主要核心技術(shù)的輔助工程階段、90年代后以計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言描述以及電子系統(tǒng)仿真綜合技術(shù)為主要特征的概念驅(qū)動(dòng)工程階段。電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使得驅(qū)動(dòng)工程的夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)，不僅利于工程早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，同時(shí)也避免對(duì)設(shè)計(jì)工作的時(shí)間浪費(fèi)，大大地提高了設(shè)計(jì)的效率。
2 應(yīng)用電子系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的基本特征及作用
在過去傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)中，其中手工設(shè)計(jì)占了相當(dāng)大的比例。然而手工設(shè)計(jì)的方法使得電子系統(tǒng)在調(diào)試的時(shí)候十分困難，而且手工設(shè)計(jì)的電路又十分的復(fù)雜，由于硬件系統(tǒng)無法進(jìn)行功能模仿，所以如果在設(shè)計(jì)的某一過程存在錯(cuò)誤時(shí)，十分的難找同時(shí)也不方便修改。在設(shè)計(jì)的過程中還會(huì)產(chǎn)生大量的文檔，對(duì)于電子系統(tǒng)本身來說，十分的不方便管理。況且對(duì)于手工設(shè)計(jì)而言，很難完全實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)過程與具體的生產(chǎn)工藝相一致，因此手工設(shè)計(jì)存在可移植性差的因素影響。而應(yīng)用電子系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)則可以在電子設(shè)計(jì)的各個(gè)層次和各個(gè)階段進(jìn)行模擬的驗(yàn)證，對(duì)電子系統(tǒng)的抽象行為和各項(xiàng)功能都可以具體詳細(xì)的描述到內(nèi)部線路等的結(jié)構(gòu)，不但可以縮短電子設(shè)計(jì)的周期，并且可以降低設(shè)計(jì)的成本。其次，自動(dòng)化控制技術(shù)擁有各類庫的支持，除了邏輯仿真的模擬庫和邏輯綜合的綜合庫以外，還有版圖綜合的版圖庫和測(cè)試綜合的測(cè)試庫。當(dāng)然，自動(dòng)化控制技術(shù)的文檔語言也極大的簡(jiǎn)化了電子設(shè)計(jì)文檔的管理工作。
電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)具有系統(tǒng)功能的仿真作用，即能夠驗(yàn)證電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊的各項(xiàng)邏輯功能是否準(zhǔn)確到位。設(shè)計(jì)人員利用電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制工具，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試以此來進(jìn)行各種功能的驗(yàn)證[2]。同時(shí)測(cè)試平臺(tái)也可以對(duì)被測(cè)試的單元輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地測(cè)試矢量功能，并通過輸出的波形、文件的記錄與在測(cè)試平臺(tái)中所設(shè)定的輸出矢量進(jìn)行比較，以此來驗(yàn)證仿真的結(jié)果。其次電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)具有邏輯的綜合與優(yōu)化作用，即就是所謂的邏輯綜合作用，是將設(shè)計(jì)中較高而抽象的層次描述進(jìn)行自動(dòng)地轉(zhuǎn)換，從而形成較低且抽象層次描述的一種獨(dú)特的方法?，F(xiàn)在的電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)工具可以提供良好的邏輯綜合功能和優(yōu)化功能，利用計(jì)算機(jī)的綜合器進(jìn)行綜合的優(yōu)化處理，從而將設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的邏輯電路圖進(jìn)行自動(dòng)化的轉(zhuǎn)化成為門級(jí)電路，之后生成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)表文件。
電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)具有系統(tǒng)時(shí)序的仿真作用，即計(jì)算機(jī)的驗(yàn)證系統(tǒng)在設(shè)計(jì)模塊時(shí)的時(shí)序關(guān)系?？梢詫?duì)輸出的時(shí)序波形圖進(jìn)行分析處理，從而爭(zhēng)取到系統(tǒng)的延遲時(shí)間以此來符合設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。經(jīng)過幾個(gè)設(shè)計(jì)的不同步驟之后，在確定計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本下載成功后，即可進(jìn)行硬件驗(yàn)證。伴隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品不斷發(fā)生著的日新月異的各項(xiàng)更新，電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)是各類電子產(chǎn)品開發(fā)以及研制動(dòng)力源和加速器，同時(shí)也是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心內(nèi)容，尤其是21世紀(jì)以來，伴隨各類邏輯器件的不斷廣泛應(yīng)用，各類描述語言硬件的不斷普及，以及各項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善，電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也越來越重要。
3 結(jié)語
21世紀(jì)以來，中國加入WTO以后，電子系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越重要，伴隨各類邏輯器件的不斷廣泛應(yīng)用，各類描述語言硬件的不斷普及，以及各項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善，傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法滿足科技日益更新的需求，電子系統(tǒng)自動(dòng)化控制成為發(fā)展的重要的發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)于我國電子工業(yè)在迎接世界競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)時(shí)的發(fā)展都將起到重要的積極作用。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)可靠性；成本；可靠性優(yōu)化；系統(tǒng)工程
1系統(tǒng)可靠性優(yōu)化概念
通信和電子系統(tǒng)本身就是一個(gè)較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，其工程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中存在多種復(fù)雜的關(guān)系和約束條件，因此其優(yōu)化問題就成為了通信和電子系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。系統(tǒng)可靠性指的是系統(tǒng)正常工作的概率，它取決于構(gòu)成該系統(tǒng)部件的可靠性以及系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)方式。主備用結(jié)構(gòu)是提高系統(tǒng)可靠性的一種常用方法。
圖1就是一個(gè)有備用部件的復(fù)雜通信系統(tǒng)的系統(tǒng)模型。其中每個(gè)方框表示由許多個(gè)元器件組成的子系統(tǒng)，N個(gè)子系統(tǒng)串聯(lián)組成一個(gè)可獨(dú)立工作的系統(tǒng)。圖1中用虛線方框表示的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)為主用系統(tǒng)，其余M-1個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)則為備用系統(tǒng)。顯然，只要這M個(gè)系統(tǒng)不同時(shí)發(fā)生故障，該通信系統(tǒng)就能正常工作。
圖1 具有主備用結(jié)構(gòu)的某通信系統(tǒng)模型
從管理角度看，對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃就是合理的安排各種資源在系統(tǒng)構(gòu)建中的分配和作用，對(duì)于大型的系統(tǒng)工程的實(shí)施作用明顯。系統(tǒng)越復(fù)雜其對(duì)其規(guī)劃的要求就越嚴(yán)格。同時(shí)在設(shè)計(jì)中還需要將可靠性作為系統(tǒng)規(guī)劃的前提，即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不改變整個(gè)系統(tǒng)成本的前提下，實(shí)現(xiàn)最為可靠的運(yùn)行配合，即合理的分配各個(gè)零部件的可靠度，保證其在各自功能范圍內(nèi)體現(xiàn)出最佳性能，并保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。這里的可靠性設(shè)計(jì)還應(yīng)把經(jīng)濟(jì)指標(biāo)涵蓋在內(nèi)，即從技術(shù)角度、經(jīng)濟(jì)成本角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠與經(jīng)濟(jì)性雙贏。
2通信電子系統(tǒng)的最可靠性
通信和電子系統(tǒng)本身就是一個(gè)較為復(fù)雜的多層次系統(tǒng)，其復(fù)雜而精密的特點(diǎn)使其運(yùn)行的可靠性成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的首要條件。通信系統(tǒng)的可靠性主要的標(biāo)準(zhǔn)就是其通信的質(zhì)量，而系統(tǒng)可靠性具體的體現(xiàn)就是在正常工作中錯(cuò)誤的概率最低，這個(gè)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)部件的可靠性，以及系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)方式。
主要設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理是提高可靠性的重要基礎(chǔ)，也是提高可靠性的途徑之一。通信系統(tǒng)的主要作用就是輸入和輸出，在完成這個(gè)數(shù)據(jù)處理的過程中，需要多個(gè)電氣元件進(jìn)行參與，即一個(gè)主要設(shè)備中有多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)組成一個(gè)工作系統(tǒng)。而主要系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)將構(gòu)成一個(gè)完整的通信系統(tǒng)，可見主要系統(tǒng)的可靠性將決定整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，即只要主設(shè)備或者系統(tǒng)不出現(xiàn)故障該通信系統(tǒng)就正常。
在一個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)參數(shù)有兩種，一種為固定參數(shù)即系統(tǒng)需要滿足的基本性能，一種為設(shè)計(jì)參數(shù)，即待定的某些參數(shù)，固定參數(shù)是必須實(shí)現(xiàn)的，而待定參數(shù)則可以看做是優(yōu)化變量，也就是通過設(shè)計(jì)參數(shù)的改變來影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效果。此時(shí)，各種參數(shù)的變化范圍就會(huì)成為影響系統(tǒng)運(yùn)行的基本條件，可以理解為目標(biāo)函數(shù)中的設(shè)計(jì)指標(biāo)可以構(gòu)成優(yōu)化變量的約束條件。因此，尋求系統(tǒng)的最佳性能就是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的最大或者最小。
3通信和電子系統(tǒng)的最優(yōu)化算法
通信電路或者通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都是在給定的技術(shù)指標(biāo)前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，對(duì)這些參數(shù)產(chǎn)生影響的條件有很多，如幅值、相位、頻率等等。如果電路滿足技術(shù)指標(biāo)就可以看做為合格，否則為不合格。
盡管初始設(shè)計(jì)保證所有的系統(tǒng)元件都為標(biāo)準(zhǔn)，即電路滿足使用指標(biāo)要求，但是因?yàn)橥獠凯h(huán)境因素的影響，個(gè)元件的運(yùn)行參數(shù)是在一個(gè)容差范圍內(nèi)隨機(jī)變化的。這種元件的容差就有可能使得批量產(chǎn)品的合格率小于需要。如何在設(shè)計(jì)中，根據(jù)指定的技術(shù)指標(biāo)要求，確定合理的電路元件的標(biāo)稱值和容差，使得產(chǎn)品合格率最大而成本最小，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心問題，這也是可靠性最優(yōu)化計(jì)算需要解決的問題。
在對(duì)某通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，可變?nèi)莶罘ㄔ诮咏尚袇^(qū)域收斂速度明顯出現(xiàn)大幅下降，大量的時(shí)間都將被浪費(fèi)在可行性修正上，目標(biāo)函數(shù)的下降較小，只能通過降低收斂精度才能實(shí)現(xiàn)收斂的目標(biāo)。即使這樣最后的結(jié)果也還是會(huì)出現(xiàn)某個(gè)部件可靠性大于1的不理想狀況。
實(shí)踐中SUMT法和乘子法均能得到滿意的結(jié)果，但是為了確保計(jì)算的穩(wěn)定性，前者的懲罰因素增速不能過大，因此相對(duì)采用的迭代次數(shù)就會(huì)增加，所以采用采用乘子法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，及時(shí)先沿著搜索方向向外推算出最小點(diǎn)所在的區(qū)間，然后在此范圍限定的情況下，二次插值，求得最優(yōu)步長(zhǎng)。
因?yàn)槟诚到y(tǒng)價(jià)格模型中包含了正切函數(shù)，當(dāng)完好率接近1的時(shí)候，函數(shù)值和導(dǎo)數(shù)值將急劇增加，尤其是導(dǎo)數(shù)值很有可能會(huì)溢出。通常采用的控制方法是：
（1）利用隨機(jī)格點(diǎn)搜索目標(biāo)函數(shù)值相對(duì)小的域內(nèi)點(diǎn)，進(jìn)行乘子法的改善點(diǎn)。隨機(jī)搜索時(shí)都對(duì)部件可靠性的上線進(jìn)行限制，即完好率在0.5-0.6之間。
（2）利用二點(diǎn)差分的近似計(jì)算價(jià)格函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，以防止其產(chǎn)生溢出效果。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的梯度和函數(shù)自動(dòng)調(diào)整差分步長(zhǎng)，保證導(dǎo)數(shù)估計(jì)值的截?cái)嗾`差和舍入值誤差相近似相等。
利用前面的兩種方式，求得某通信系統(tǒng)的兩種價(jià)格模型的最大可靠性問題和最小成本問題。如下式：
將著這些參數(shù)代入到可靠性公式中，就可以得到某通信系統(tǒng)的最優(yōu)化結(jié)果。并根據(jù)具體的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行合理的修正。
4結(jié)語：
通信和電子系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的特殊系統(tǒng)，其中包含著大量的優(yōu)化問題，它們都體現(xiàn)著最優(yōu)化方法的思想，即在一定客觀條件制約下，選取最優(yōu)路線（策略、方式、安排），以取得最好效益或?qū)崿F(xiàn)既定目標(biāo)。最優(yōu)化問題即為兼顧系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)成本的最優(yōu)設(shè)計(jì)問題。對(duì)于復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題，初始點(diǎn)的選擇往往十分重要，它不但影響優(yōu)化速度和全局最優(yōu)點(diǎn)的獲得，有時(shí)甚至?xí)绊懙剿惴ǖ氖諗啃浴Ｊ紫?，必須根?jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選擇盡可能合理的初始點(diǎn)。其次可采用二階段算法，即在第一階段用一個(gè)簡(jiǎn)單的算法在較大的空間搜尋，求得一個(gè)改進(jìn)的初始點(diǎn)，第二階段再用比較高效的算法，從這個(gè)改進(jìn)后的初始點(diǎn)出發(fā)，搜索求得問題的最優(yōu)解。另外，選擇算法時(shí)也應(yīng)注意采用對(duì)初始點(diǎn)不很敏感的算法。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵字 FPGA；EDA技術(shù)；微波爐；定時(shí)系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1671-489X（2016）20-0047-03
1 前言
以EDA工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言VHDL為編程語言，以可編程邏輯器件FPGA為設(shè)計(jì)載體，采用EDA技術(shù)自頂向下的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改進(jìn)傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念。這種方法從系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)入手，在頂層、方框圖級(jí)、功能級(jí)、門級(jí)等分別進(jìn)行系統(tǒng)描述、功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)等，由于設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的，極大地提高了電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率、可靠性和靈活性。
下面以微波爐定時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，介紹在MAX+
PLUSⅡ軟件環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試，基于FPGA芯片進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)過程。
2 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)一種基于FPGA的微波爐定時(shí)系統(tǒng)。要求：系統(tǒng)通電后處于復(fù)位狀態(tài)。首先，系統(tǒng)讀入烹調(diào)時(shí)間，并顯示在數(shù)碼管上；然后按START鍵，系統(tǒng)進(jìn)入烹調(diào)狀態(tài)，剩余烹調(diào)時(shí)間在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)刷新；烹調(diào)結(jié)束后，數(shù)碼管顯示烹調(diào)結(jié)束信息，系統(tǒng)回到復(fù)位狀態(tài)。在烹調(diào)過程中，按PAUSE鍵或RESET鍵，可使系統(tǒng)暫停工作或使系統(tǒng)回到復(fù)位狀態(tài)；在復(fù)位狀態(tài)下，按TEST鍵可測(cè)試數(shù)碼管工作是否正常[1]。
3 總體設(shè)計(jì)方案
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求出發(fā)，自頂向下地將設(shè)計(jì)細(xì)化，使功能具體化、模塊化。微波爐定時(shí)系統(tǒng)由狀態(tài)控制器、數(shù)據(jù)裝載器、烹調(diào)計(jì)時(shí)器和動(dòng)態(tài)顯示電路等模塊構(gòu)成。將各模塊連接起來，用圖形輸入法形成頂層模塊，微波爐定時(shí)系統(tǒng)頂層模塊連接如圖1所示。
4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
首先進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，劃分各個(gè)功能模塊，然后借助于EDA工具進(jìn)行具體的模塊設(shè)計(jì)。采用VHDL語言對(duì)各模塊進(jìn)行編程，在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下對(duì)各程序進(jìn)行編譯和仿真驗(yàn)證，創(chuàng)建各模塊的器件符號(hào)，待建立整體系統(tǒng)頂層文件時(shí)調(diào)用。
狀態(tài)控制器 狀態(tài)控制器的功能是根據(jù)輸入信號(hào)和微波爐所處的狀態(tài)控制自身工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。仿真波形如圖2所示，測(cè)試信號(hào)TEST=‘1’時(shí)，則LD_8888=‘1’，指示數(shù)據(jù)裝載器裝入用于測(cè)試的數(shù)據(jù)“8888”；置位端SET_T=‘1’時(shí)，則LD_CLK=‘1’，指示數(shù)據(jù)裝載器裝入設(shè)置的烹調(diào)時(shí)間數(shù)據(jù)；啟動(dòng)信號(hào)START=‘1’時(shí)，則COOK=‘1’，指示烹調(diào)正在進(jìn)行之中，并提示計(jì)時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)；直到DONE=‘1’時(shí)，則LD_ DONE=‘1’，指示數(shù)據(jù)裝載器裝入烹調(diào)完畢的狀態(tài)信息“donE”，才使COOK=‘0’。中間信號(hào)量CURR_STATE指示出狀態(tài)控制器的5種狀態(tài)，分別用0、1、2、3、4來代表。
數(shù)據(jù)裝載器 數(shù)據(jù)裝載器的功能是在狀態(tài)控制器輸出信號(hào)的控制下選擇定時(shí)時(shí)間、測(cè)試數(shù)據(jù)或烹調(diào)完成等信息的裝載。利用3個(gè)裝載信號(hào)的組合LD_8888&LD_DONE&LD_CLK賦給變量TEMP，巧妙地解決裝載數(shù)據(jù)的選擇問題。仿真波形如圖3所示，當(dāng)LD_8888=‘1’時(shí)，輸出測(cè)試數(shù)據(jù)，DATA2=“8888”；當(dāng)LD_CLK=‘1’時(shí)，輸出設(shè)置的烹調(diào)時(shí)間數(shù)據(jù)，DATA2=“2453”；當(dāng)LD_DONE=‘1’時(shí)，輸出烹調(diào)完畢的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，DATA2=“ABCD”，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管顯示，應(yīng)為“donE”；當(dāng)LOAD=‘1’時(shí)，表示烹調(diào)計(jì)時(shí)器正處于數(shù)據(jù)裝入狀態(tài)。
烹調(diào)計(jì)時(shí)器 烹調(diào)計(jì)時(shí)器的功能是實(shí)現(xiàn)烹調(diào)過程中的時(shí)間遞減計(jì)數(shù)，且當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)向狀態(tài)控制器提供狀態(tài)信號(hào)，以便狀態(tài)控制器產(chǎn)生烹調(diào)完成信號(hào)。烹調(diào)計(jì)時(shí)器的內(nèi)部組成原理圖如圖4所示，利用兩個(gè)減法十進(jìn)制和兩個(gè)減法六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)59′59″數(shù)之間的計(jì)時(shí)和初始數(shù)據(jù)的裝載。LOAD=‘1’時(shí)完成裝入功能，COOK=‘1’時(shí)執(zhí)行逆計(jì)數(shù)功能，DATA3為來自于數(shù)據(jù)裝載器的輸出數(shù)據(jù)；MIN_H、MIN_L、SEC_H和SEC_L為完成烹調(diào)所剩時(shí)間，PLUS和MINUS為控制MIN_L進(jìn)行加‘1’和減‘1’的信號(hào)輸入端；當(dāng)數(shù)碼管顯示信息為DONE時(shí)，指示烹調(diào)完成。
動(dòng)態(tài)顯示電路 動(dòng)態(tài)顯示電路的功能是以動(dòng)態(tài)掃描的方式將各種顯示信息顯示在4個(gè)LED數(shù)碼管上，4個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)據(jù)端是分別并聯(lián)的，由片選信號(hào)控制各數(shù)碼管輪流顯示。該模塊由片選、掃描、顯示譯碼子模塊整合實(shí)現(xiàn)。
對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，對(duì)各模塊VHDL程序進(jìn)行編寫、編譯和仿真驗(yàn)證。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的行為要求和功能要求，對(duì)各模塊調(diào)用各模塊的器件符號(hào)，按照?qǐng)D1所示邏輯功能連接起來，形成整體系統(tǒng)頂層文件；通過編
譯、功能仿真后，設(shè)置芯片的管腳位置，最后將執(zhí)行文件下載到FPGA芯片中，與電路一起構(gòu)成微波爐定時(shí)系統(tǒng)的硬件電路，并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。
微波爐定時(shí)系統(tǒng)的仿真波形圖如圖5所示。將測(cè)試信號(hào)TEST置為‘1’時(shí)，數(shù)碼管上顯示字形“8888”，在置位的過程中，置位端SET_T要始終保持高電平直到置位完成。置入的數(shù)為“2828”，當(dāng)開始信號(hào)START為高電平時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)開始工作，進(jìn)入倒數(shù)計(jì)時(shí)狀態(tài)。當(dāng)PAUSE置為‘1’時(shí)，暫停工作，仿真波形圖中系統(tǒng)暫停時(shí)的烹調(diào)剩余時(shí)間是“2821”；PAUSE回到電平時(shí)，繼續(xù)工作。
5 結(jié)語
EDA設(shè)計(jì)工具和可編程邏輯器件是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。以VHDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，將微波爐定時(shí)系統(tǒng)的核心部分集成在一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)，可以通過軟件編程的方法對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷，為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來極大的靈活性和通用性。
1.1皮衛(wèi)星可靠性
單粒子效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星星上電子設(shè)備的影響是皮衛(wèi)星設(shè)計(jì)必須要面對(duì)和解決的另一個(gè)重要問題。星上電子設(shè)備隨時(shí)面臨宇宙射線破壞的威脅,有時(shí)單個(gè)高能粒子便可導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。有證據(jù)表明:衛(wèi)星或空問飛行器事故中有39%是由電子元器件故障造成的,而各種高能宇宙射線粒子對(duì)元器件的福射損傷是造成電子元器件故障的主要原因之一[2]。宇宙射線對(duì)電子元器件最常見的影響表現(xiàn)為單粒子翻轉(zhuǎn)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),在1971年至1986年間,國外發(fā)射的39顆同步衛(wèi)星中,由各種原因造成的故障統(tǒng)計(jì)共1589次,其中與空間福射環(huán)境有關(guān)的故障有112 9次,占故障總數(shù)的71%,由單粒子效應(yīng)造成的故障有621狀,占空間福射環(huán)境有關(guān)故障的55%[9]。國內(nèi)外在這方面都進(jìn)行了大量的研究,其中最具代表性的是由英國薩瑞大學(xué)利用其設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營的UoSat系列小衛(wèi)星。英國薩瑞大學(xué)利用其設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營的UoSat系列小衛(wèi)星對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象進(jìn)行了研究,試驗(yàn)涉及的存儲(chǔ)器包括NMOSDRAMs、CMOS SRAM等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:幾乎所有存儲(chǔ)器對(duì)南大西洋異常區(qū)射線中質(zhì)子都非常敏感;單粒子翻轉(zhuǎn)率隨著存儲(chǔ)容量增大而增大;所有CMOS SRAM器件上都發(fā)現(xiàn)了多位翻轉(zhuǎn),較低密度的CMOS SRAM發(fā)生多位翻轉(zhuǎn)的幾率相對(duì)較高密度的CMOS SRAM更高[3]。表1. 1和表1. 2分別給出了 UoSat-3衛(wèi)星和lJoSat-5衛(wèi)星存儲(chǔ)器在軌單粒子翻轉(zhuǎn)的情況。
國內(nèi)利用“實(shí)踐四號(hào)”和“實(shí)踐五號(hào)”衛(wèi)星對(duì)空間福射單粒子效應(yīng)做了一些探索?！皩?shí)踐四號(hào)” [4]從2月8日入軌以后1個(gè)月內(nèi)共檢測(cè)到132次單粒子翻轉(zhuǎn),總翻轉(zhuǎn)次數(shù)和時(shí)間的相對(duì)關(guān)系如圖1.2所示。從圖1.2的結(jié)果可以看出,單粒子翻轉(zhuǎn)是一個(gè)持續(xù)頻繁發(fā)生的事件,翻轉(zhuǎn)次數(shù)足以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生重大的影響?！皩?shí)踐五號(hào)” [5]的系列實(shí)驗(yàn)證明了工業(yè)級(jí)和商業(yè)級(jí)器件能在空間環(huán)境下可靠運(yùn)行,但必須經(jīng)過嚴(yán)格而有效的簡(jiǎn)選,其檢測(cè)到SRAM和DRAM在空間環(huán)境下單粒子翻轉(zhuǎn)發(fā)生的概率分別約為0. 5-4次/(Mb*天)和0. 2-1次/(Mb*天)。這證明了單粒子翻轉(zhuǎn)的頻繁性和普遍性,同時(shí)表明,經(jīng)過嚴(yán)格的控制和相應(yīng)的設(shè)計(jì),工業(yè)級(jí)器件可以在航天上得到應(yīng)用。
1.2綜合電子系統(tǒng)可靠性
綜合電子系統(tǒng)是以星務(wù)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),融合星載其他計(jì)算機(jī)(如測(cè)控與姿軌控計(jì)算機(jī)等)功能,使用能力較強(qiáng)的商用處理器,通過數(shù)據(jù)總線連接并管控星載電系統(tǒng),將傳統(tǒng)意義上各分系統(tǒng)的任務(wù)集中處理,為衛(wèi)星平臺(tái)與有效載荷提供可靠的包括測(cè)控、數(shù)傳、數(shù)管、姿軌控等在內(nèi)的廣義數(shù)據(jù)采集、處理與交換服務(wù)。采用綜合電子系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行皮衛(wèi)星設(shè)計(jì),可大幅度減少電子元器件種類與數(shù)量,從而在滿足需求的同時(shí),降低硬件復(fù)雜度,提高系統(tǒng)可靠性f6_7]。如1.1節(jié)所述,綜合電子系統(tǒng)同樣面臨工作環(huán)境復(fù)雜和不可維護(hù)兩個(gè)難題,可靠性無疑是綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)最為關(guān)心的指標(biāo)之一。皮衛(wèi)星大量使用商用器件,經(jīng)過輝選,目前商用器件完全可以滿足皮衛(wèi)星環(huán)境溫度變化需求;但商用器件不具備抗福射能力,如何通過設(shè)計(jì)來降低單粒子效應(yīng)的影響成為綜合電子系統(tǒng)可靠性研究的重要方面。目前應(yīng)對(duì)單粒子效應(yīng)的設(shè)計(jì)措施主要有兩種:第一,通過屏蔽減少單粒子效應(yīng)發(fā)生的概率,但受體積、重量等制約,不能完全消除;第二,通過容錯(cuò)技術(shù)避免或降低單粒子效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響。
2基于三模冗余的綜合電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1時(shí)鐘同步三模冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及其實(shí)現(xiàn)
典型三模冗余系統(tǒng)的框架如圖2.1所示,該系統(tǒng)由3個(gè)相同的處理器、冗余判定模塊和故障恢復(fù)模塊組成。3個(gè)相同處理器中運(yùn)行相同的程序,冗余判定模塊對(duì)3個(gè)處理器的輸出進(jìn)行判斷,當(dāng)其中1個(gè)處理器發(fā)生故障,產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出時(shí),冗余判定模塊可屏蔽該處理器輸出,保證系統(tǒng)給出正確的輸出,從而提高系統(tǒng)可靠性。當(dāng)某個(gè)處理器持續(xù)出現(xiàn)故障時(shí),可以通過故障恢復(fù)模塊來對(duì)其進(jìn)行修復(fù),使系統(tǒng)恢復(fù)到三摸冗余狀態(tài)。冗余判定模塊要能對(duì)3個(gè)處理器的輸出進(jìn)行判定,首先要保證3個(gè)處理器運(yùn)行同步,即在同一時(shí)刻3個(gè)處理器給出相同程序運(yùn)行結(jié)果,否則冗余判定模塊將給出錯(cuò)誤判斷?；跁r(shí)鐘同步的三模冗余系統(tǒng)3個(gè)處理器使用相同的時(shí)鐘源,并且保持嚴(yán)格的同步運(yùn)行,因此軟件設(shè)計(jì)中無需作其他的考慮,從而降低軟件的設(shè)計(jì)要求,增加軟件的通用性。但時(shí)鐘同步要求3個(gè)處理器使用相同的時(shí)鐘源,電路保持硬件高度一致,并且在完成程序加載后3個(gè)處理器嚴(yán)格同步啟動(dòng)。這對(duì)硬件設(shè)計(jì)提出了較高的要求。本文在方案設(shè)計(jì)中,采用3個(gè)相同的處理器作為綜合電子系統(tǒng)的運(yùn)算單元,處理器電路設(shè)計(jì)完全一致,采用FPGA實(shí)現(xiàn)冗余判定模塊,同一個(gè)晶振輸出信號(hào)經(jīng)FPG內(nèi)鎖相環(huán)處理后作為同源時(shí)鐘提供給3個(gè)處理器使用;在PCB布板時(shí),盡量保證3個(gè)處理器均勻分布在FPGA周圍,從FPGA輸出的3根時(shí)鐘線走線形狀一致。
3 綜合電子系統(tǒng)調(diào)試........... 24
3.1 供電鏈路調(diào)試........... 24
3.2 關(guān)鍵器件調(diào)試........... 25
3.2.1 FPGA 調(diào)試........... 25
3.2.2 DSP 調(diào)試........... 26
3.3 虛擬DMA調(diào)試........... 27IV
3.4 綜合電子系統(tǒng)調(diào)試 ...........28
3.4.1 溫度傳感器和RTC芯片調(diào)試........... 28
3.4.2 復(fù)位芯片調(diào)試 ...........28
3. 4. 3 EEPROM 和 NAND FLASH 調(diào)試........... 29
3.5 整星聯(lián)合調(diào)試........... 29
3.6 小結(jié) ...........33
4 三棋冗余系統(tǒng)時(shí)鐘同步研究 ...........34
4.1 時(shí)鐘同步試驗(yàn)設(shè)計(jì) ...........34
4.2 時(shí)鐘同步試驗(yàn)及結(jié)果........... 36
4.2.1 DSP程序片內(nèi)運(yùn)行時(shí)鐘同步試驗(yàn)........... 36
4.2.2 DSP程序片外運(yùn)行時(shí)鐘同步試驗(yàn)........... 37
4.3 冗余判定模塊的 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證........... 38 4.4 時(shí)鐘不同步原因探究........... 39
4.5 小結(jié)...........41
結(jié)論
本文對(duì)基于時(shí)鐘同步的三模冗余系統(tǒng)進(jìn)行研究,主要取得以下成果:
1、根據(jù)三模冗余系統(tǒng)要求,結(jié)合皮衛(wèi)星工程應(yīng)用需求,完成了高可靠綜合電子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測(cè)試表明設(shè)計(jì)的綜合電子系統(tǒng)滿足皮衛(wèi)星應(yīng)用需求。
關(guān)鍵詞：航空系統(tǒng)工程 航空電子 雙層任務(wù)調(diào)度模型 分區(qū)調(diào)度 分區(qū)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：V247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0094-01
目前，我國航空電子技術(shù)中，相關(guān)航空電子軟件、機(jī)械電子等都有很大的發(fā)展，特別是關(guān)于航空電子軟件開發(fā)和使用，我國航空系統(tǒng)航空電子已經(jīng)由電子機(jī)械相關(guān)的技術(shù)和系統(tǒng)逐步向著航空電子軟件技術(shù)和系統(tǒng)方向過渡發(fā)展，比如，在航空電子應(yīng)用的航空軟件導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達(dá)等。在航空電子軟件的應(yīng)用上，根據(jù)相關(guān)軟件的安全等級(jí)的區(qū)別，并按照航空軟件的分組策略進(jìn)行分區(qū)。在ARNC 653標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，MA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由兩層任務(wù)調(diào)度的策略，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件的執(zhí)行。在這些分區(qū)應(yīng)用的軟件的正常執(zhí)行工作和使用的過程中，相關(guān)的航空電子科技研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)特別需要注意對(duì)分區(qū)任務(wù)調(diào)度的研究，為了達(dá)到分區(qū)應(yīng)用軟件在執(zhí)行時(shí)的正確性，就需要保證分區(qū)任務(wù)調(diào)度的可行性。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和科研資料中，可以了解到，對(duì)航空電子雙層任務(wù)分區(qū)的調(diào)度，可以基于單調(diào)速率任務(wù)分配的調(diào)度模型，并通過這一調(diào)度模型可以得到航空電子分區(qū)設(shè)計(jì)相關(guān)的一些參數(shù)或者是一些表達(dá)式等重要的數(shù)據(jù)；還有的是根據(jù)最早時(shí)限優(yōu)先調(diào)度模型進(jìn)行分區(qū)調(diào)度。
1 基于ARNC 653標(biāo)準(zhǔn)，研究航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度模型設(shè)計(jì)
在研究航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度模型設(shè)計(jì)方面上，提高航空電子系統(tǒng)的精度，航空系統(tǒng)工程相關(guān)設(shè)計(jì)科研人員通?；贏RNC 653標(biāo)準(zhǔn)研究分析，對(duì)于分區(qū)管理的概念特別強(qiáng)調(diào)。
在航空系統(tǒng)上，一般情況下，一個(gè)或者多個(gè)航空電子應(yīng)用軟件可以對(duì)應(yīng)一個(gè)核心模塊，因此，在這個(gè)對(duì)應(yīng)的核心模塊上可以針對(duì)多個(gè)航空電子應(yīng)用軟件進(jìn)行相應(yīng)的分區(qū)處理，通過對(duì)分區(qū)應(yīng)用的管理可以提高航空電子系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。在分區(qū)處理應(yīng)用中，一般一個(gè)或者多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程組成對(duì)應(yīng)了一個(gè)分區(qū)。
在航空電子系統(tǒng)的實(shí)際操作中，輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式的應(yīng)用可以很好的對(duì)分區(qū)模塊應(yīng)用軟件的每一個(gè)分區(qū)進(jìn)行全部激活；在航空電子系統(tǒng)航空應(yīng)用軟件的各個(gè)分區(qū)中，根據(jù)調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)所有分區(qū)之間的互不影響，就應(yīng)當(dāng)使激活的分區(qū)可以被執(zhí)行，而沒有激活的分區(qū)就不能夠被執(zhí)行，這樣才能夠滿足航空電子系統(tǒng)核心模塊分區(qū)管理的有效性，且保證各個(gè)分區(qū)之間互不影響與相對(duì)獨(dú)立。當(dāng)然，航空系統(tǒng)航空電子相關(guān)工作科研設(shè)計(jì)人員在操作系統(tǒng)層對(duì)航空電子雙層任務(wù)分區(qū)的調(diào)度設(shè)計(jì)不僅僅可以采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略，還可以采用一些其它方面的調(diào)度策略，從有關(guān)資料可以了解到相關(guān)調(diào)度策略，可以采用分層EDF調(diào)度方法。分層EDF調(diào)度方法在航空電子系統(tǒng)的應(yīng)用來看，并不算是非常合理有效的調(diào)度方法，主要是因?yàn)檫@中調(diào)度方法是基于寬帶服務(wù)思想、且必須要有非常多的周期任務(wù)，周期任務(wù)繁多這一特點(diǎn)對(duì)于航空電子系統(tǒng)來說就不太實(shí)用了。
在航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度設(shè)計(jì)中，一般情況下，當(dāng)采用單處理器系統(tǒng)的時(shí)候，在K個(gè)不同的分區(qū)里，由于所有的分區(qū)都有不同的任務(wù)，而且在相同的分區(qū)里面也會(huì)有不同的幾個(gè)任務(wù)，針對(duì)第k個(gè)分區(qū)其所包含的任務(wù)往往使用Γk進(jìn)行表示，Γk={Τki/1≤i≤nk}，其中，Τki中ki的意思指的是在第k個(gè)分區(qū)里面的第i個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)都具有相對(duì)的獨(dú)立性。對(duì)于航空電子系統(tǒng)中所采用的輪轉(zhuǎn)調(diào)度的策略需要一輪Trl時(shí)間長(zhǎng)度的訪問，任務(wù)執(zhí)行系數(shù)αk，αk介于0～1之間，分區(qū)Pk的執(zhí)行時(shí)間為Trl*αk，調(diào)度模型總結(jié)為圖1。
該文就EDF調(diào)度策略的調(diào)度模型進(jìn)行相關(guān)的探討和研究，對(duì)于這種調(diào)度策略僅僅憑借函數(shù)表達(dá)式來進(jìn)行調(diào)度是不夠的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同時(shí)間時(shí)刻的調(diào)度，把Γk中的任務(wù)進(jìn)行合理排序，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的順利執(zhí)行。
2 根據(jù)分區(qū)調(diào)度設(shè)計(jì)，對(duì)可調(diào)度性進(jìn)行研究和探討
針對(duì)分區(qū)Pk，別的分區(qū)對(duì)Pk分區(qū)的阻塞可以理解為周期任務(wù)，這個(gè)周期任務(wù)用Τk0{0，Trl，Trl（1-αk），Trl（1-αk）}對(duì)Pk任務(wù)搶占造成的，（對(duì)Τk0的解釋說明，釋放抖動(dòng)0，周期Trl，執(zhí)行和截止時(shí)間Trl（1-αk））。按照此模型，Γk中的各任務(wù)和Τk0都能夠調(diào)度成功，Τk0模擬了別的分區(qū)對(duì)Pk的周期搶占影響。
3 結(jié)語
隨著我國的科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國航空電子技術(shù)中，相關(guān)航空電子軟件、機(jī)械電子等都有很大的發(fā)展，特別是關(guān)于航空電子軟件開發(fā)和使用，我國航空系統(tǒng)航空電子已經(jīng)由電子機(jī)械相關(guān)的技術(shù)和系統(tǒng)逐步向著航空電子軟件技術(shù)和系統(tǒng)方向過渡發(fā)展。在航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度設(shè)計(jì)中，一般情況下，往往會(huì)參考ARNC 653標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，根據(jù)兩層任務(wù)調(diào)度的策略，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件的執(zhí)行。分區(qū)應(yīng)用的軟件的正常執(zhí)行工作和使用對(duì)分區(qū)設(shè)計(jì)都有很大的影響。在我國的相關(guān)的航空電子系統(tǒng)航空電子雙層任務(wù)分區(qū)調(diào)度設(shè)計(jì)中，相關(guān)的航空電子科技研發(fā)人員會(huì)特別需要注意對(duì)分區(qū)任務(wù)調(diào)度的研究，以達(dá)到分區(qū)應(yīng)用軟件在執(zhí)行時(shí)的正確性，并保證分區(qū)任務(wù)調(diào)度的可行性。
參考文獻(xiàn)
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在過去的數(shù)年里，電子市場(chǎng)，確切地說是存儲(chǔ)器市場(chǎng)，經(jīng)歷了巨大的變化。在2000年電子工業(yè)低迷時(shí)期之前，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師很少考慮他們下一個(gè)設(shè)計(jì)中元器件的成本，而更關(guān)注它們能夠達(dá)到的最高性能。
今天，競(jìng)爭(zhēng)的加劇以及利潤率的下降迫使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在降低下一代產(chǎn)品成本的同時(shí)，保持、甚至提高系統(tǒng)的性能。作為這種轉(zhuǎn)變的結(jié)果，有一個(gè)工業(yè)部門經(jīng)歷了實(shí)質(zhì)性的增長(zhǎng)，它就是DRAM存儲(chǔ)器，尤其是雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR) SDRAM存儲(chǔ)器。
不同存儲(chǔ)器類型的讀/寫率的比較
DDR存儲(chǔ)器最初是一種高性能、低成本的存儲(chǔ)器解決方案，主要用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和其它成本敏感的消費(fèi)品市場(chǎng)。近來，由于施加在整個(gè)電子工業(yè)上的經(jīng)濟(jì)壓力，非消費(fèi)產(chǎn)品也開始采用DDR存儲(chǔ)器了。
DDR是一種基于SDRAM的革命性的存儲(chǔ)器技術(shù)。DDR SDRAM的存取速度是SDRAM的兩倍，因?yàn)镈DR的數(shù)據(jù)傳送發(fā)生在時(shí)鐘的所有兩個(gè)邊沿。而SDRAM僅在時(shí)鐘的上升沿傳送數(shù)據(jù)。因此，DDR能夠傳送數(shù)據(jù)的速度高達(dá)2133MB/s。與傳統(tǒng)的SDRAM相比，DDR還具有更低的功耗。它的工作電壓是直流2.5V，而SDRAM是直流3.3V。
市場(chǎng)分析表明，在當(dāng)今所有的電子系統(tǒng)中，超過50%采用了DDR存儲(chǔ)器，并且預(yù)計(jì)在接下來的幾年中將增長(zhǎng)到80%。DDR不是，并且永遠(yuǎn)也不會(huì)是一種針對(duì)所有設(shè)計(jì)的技術(shù)。DDR存儲(chǔ)器非常適用于那些高讀寫比率的設(shè)計(jì)。而諸如四倍數(shù)據(jù)速率存儲(chǔ)器，適用于50%讀寫比率的應(yīng)用。在左圖中確定了多種頂尖的存儲(chǔ)器技術(shù)以及它門各自所屬的讀/寫曲線。
關(guān)鍵詞：EDA；數(shù)字系統(tǒng)；VHDLEDA技術(shù)
就是以計(jì)算機(jī)為工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，用VHDL硬件描述語言完成設(shè)計(jì)，自動(dòng)完成編譯、分割、布局和仿真等工作，用軟件完成設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門技術(shù)。
1電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)容及特點(diǎn)
1.1電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)
電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicsDesignAutomation，EDA）是一門實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)或電子產(chǎn)品自動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)。EDA吸收了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果，以高性能的電子計(jì)算機(jī)作為工作的平臺(tái)，促進(jìn)電子工程的發(fā)展。所以說，EDA是電子產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合技術(shù)，也是每個(gè)電子工程師都應(yīng)該了解和掌握的一門技術(shù)。EDA是在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的，用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。
1.2EDA技術(shù)的基本特征
EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成。EDA技術(shù)的基本特征：按照“自頂向下”（Top-Down）全新設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路是用印刷電路板或者專用集成電路來實(shí)現(xiàn)的，然后采用硬件描述語言（HDL）對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)，最后用綜合優(yōu)化工具生成最終的理想器件。以下介紹相關(guān)的幾個(gè)方面。1.2.1“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法很長(zhǎng)一段時(shí)間里，電子設(shè)計(jì)的思路基本就是“自底向上”的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法就好像一塊塊大石頭堆建起來的瓦房，不僅效率低、成本高，而且還非常容易出錯(cuò)，缺點(diǎn)顯而易見。于是，人們發(fā)明了如今所用的一種全新的設(shè)計(jì)方法“自頂向下”，這種設(shè)計(jì)方法首先是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自頂向下的設(shè)計(jì)方法使系統(tǒng)被分解為各個(gè)模塊的集合之后，可以對(duì)設(shè)計(jì)的每個(gè)獨(dú)立模塊指派不同的工作小組，這些小組可以工作在不同的地點(diǎn)，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)。它較先前的“自頂向上”無論是在設(shè)計(jì)的時(shí)間上，還是過程中錯(cuò)誤的減少，都得到了很大的提升。1.2.2ASIC設(shè)計(jì)集成電路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC），在集成電路界被認(rèn)為是一種為專門目的而設(shè)計(jì)的集成電路。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后目標(biāo)是完成專用集成電路ASIC的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。ASIC分為全定制和半定制，全制定是基于晶體管設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)成本高，周期長(zhǎng)；而半定制則是一種約束性的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，周期短，提高了芯片的成品率；和通用的集成電路相比，ASIC的體積更小、功耗更低、性能的提升也相當(dāng)高；從保密性來講，其保密性還是相當(dāng)高的，而且它還具有成本節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)?？删幊藺SIC是專用集成電路的一種，也是應(yīng)用最為廣泛的?？删幊踢壿嬈骷拿芏雀?、集成度高、生產(chǎn)方便。1.2.3硬件描述語言硬件描述語言（HardwareDescriptionLanguage，HDL）是一種用形式化的方法來描述數(shù)字電路和系統(tǒng)的語言，它是EDA開發(fā)中的很重要的設(shè)計(jì)工具，也是EDA技術(shù)的重要組成部分。HDL是對(duì)電子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的一種高級(jí)計(jì)算機(jī)語言，用HDL語言，數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以逐層展示自己的設(shè)計(jì)思路，一些復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)可以用一系列分層次的模塊來表達(dá)。早期的硬件描述語言，由不同的廠商和開發(fā)商開發(fā)，彼此之間互不兼容，且不支持多層次的設(shè)計(jì)，這些層次之間的翻譯工作就要由人工完成。而利用VHDL語言的可讀性強(qiáng)，更加容易修改和發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。VHDL即超高速集成電路硬件描述語言，它作為IEEE標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言和EDA的重要組成部分，經(jīng)過十幾年的發(fā)展、應(yīng)用和完善，正逐漸被眾多設(shè)計(jì)者所接受，這種高層次的方法已經(jīng)被廣泛采用。VHDL即超高速集成電路硬件描述語言，是一種面向設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域、多層次的全方位的硬件描述語言，這種語言幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語言的功能。VHDL具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）強(qiáng)大的硬件描述能力?？梢杂脕砻枋鱿到y(tǒng)級(jí)電路，也可以用來描述門級(jí)電路，設(shè)計(jì)描述具有多層次。（2）支持廣泛、易于修改。VHDL已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，目前，多數(shù)EDA工具都支持VHDL語言，這種高層次的方法已經(jīng)被廣泛采用。（3）作用強(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活。它具有作用強(qiáng)大的語言結(jié)構(gòu)，能用簡(jiǎn)潔明了的源代碼來描述復(fù)雜的邏輯控制。（4）移植能力強(qiáng)。它是一種標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述預(yù)言，同樣一個(gè)設(shè)計(jì)描述可是被多種不同的工具所支持，這樣就使得設(shè)計(jì)描述的移植得以實(shí)現(xiàn)。（5）工藝轉(zhuǎn)換方便。它的設(shè)計(jì)不依賴于特定的器件，工藝轉(zhuǎn)換方便。
2、EDA技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)如今，EDA技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)在教學(xué)應(yīng)用、科研應(yīng)用、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等方面占據(jù)一席之地，發(fā)揮著巨大的作用。
2.1教學(xué)應(yīng)用
大部分理工科院系都開設(shè)EDA課程。讓學(xué)生在校期間了解EDA技術(shù)的基本原理、HDL硬件描述語言描述系統(tǒng)邏輯的方法，模擬仿真電子電路設(shè)計(jì)，通過實(shí)踐提升學(xué)生的動(dòng)手與自主能力，為今后從事的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.2科研應(yīng)用
電路設(shè)計(jì)與模擬仿真主要使用EWB等工具進(jìn)行，舉個(gè)例子，在CDMA無線通信系統(tǒng)中，移動(dòng)手機(jī)和無線基站都工作在相同的頻率，每部手機(jī)都有自己唯一的序列碼，用來區(qū)分電話的呼叫。而CDMA的BTS必須能識(shí)別這些不同的碼序列才能辨別傳呼進(jìn)程，這是通過在輸入數(shù)據(jù)流中探測(cè)到特定的碼序列來完成的。
2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的應(yīng)用
從電視、冰箱、音響到電子玩具等各種電子產(chǎn)品電路，EDA技術(shù)在模擬研制、仿真、生產(chǎn)、調(diào)試等方面都有著重要的作用。可以說，EDA已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域必不可少的技術(shù)支持。
3、EDA技術(shù)的發(fā)展前景
當(dāng)今社會(huì)，電子產(chǎn)品發(fā)展日新月異，為了既快又好地設(shè)計(jì)出新的電子產(chǎn)品，提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能，設(shè)計(jì)師需要更加簡(jiǎn)便快捷的EDA工具，這對(duì)EDA技術(shù)提出了更高的要求。
3.1EDA技術(shù)發(fā)展的新方向
3.1.1向高密度、高速度、寬頻帶方向發(fā)展設(shè)計(jì)方法的更新得益于電子器件的發(fā)展，隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，高密度、高速度和寬頻帶的可編程邏輯產(chǎn)品已經(jīng)成為主流的，這些高密度、大容量的可編程邏輯器件的出現(xiàn)，給現(xiàn)代電子系統(tǒng)（復(fù)雜系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)帶來了非常大的幫助。設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)效率有了新的飛躍，帶來了器件的巨大需求，這種需求又促使器件生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，而每一次工藝的改進(jìn)，可編程邏輯器件的規(guī)模都將有非常大擴(kuò)展。3.1.2向可預(yù)測(cè)延時(shí)的方向發(fā)展現(xiàn)如今的大數(shù)據(jù)時(shí)代，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，就需要其具有大的數(shù)據(jù)吞吐量，而且多媒體技術(shù)發(fā)展迅速，圖像及影像的實(shí)時(shí)性要求較高，這就需要有高速的硬件系統(tǒng)。為了可以保證圖像實(shí)時(shí)性及穩(wěn)定性，器件的延時(shí)可預(yù)測(cè)性就是一個(gè)重要的因素。所以，邏輯器件的可預(yù)測(cè)延時(shí)是非常重要的。3.1.3向低電壓、低能耗方向發(fā)展集成技術(shù)的飛速發(fā)展，工藝水平的日益提升，全世界都掀起了節(jié)能的潮流。因此，要適應(yīng)時(shí)代的潮流，半導(dǎo)體工業(yè)也必須向低電壓、降低能耗方向發(fā)展。
3.2應(yīng)用前景
在信息通信領(lǐng)域中，需要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)，積極開拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，研發(fā)新興的產(chǎn)業(yè)。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步的融合，大力地推廣信息化。在電子設(shè)計(jì)的研發(fā)中，它可以代替設(shè)計(jì)者完成電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的絕大部分工作，而且可以直接在程序中修改錯(cuò)誤，系統(tǒng)功能也不需要硬件電路的支持。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)具有更好的開發(fā)手段和性價(jià)比，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
3.3未來展望
從目前的EDA技術(shù)來看，其發(fā)展趨勢(shì)是使用普及、應(yīng)用廣泛、工具多樣、軟件功能強(qiáng)大。中國EDA市場(chǎng)已經(jīng)日趨成熟，但是大部分的設(shè)計(jì)是面向PCB制板和ASIC領(lǐng)域，只有小部分的設(shè)計(jì)是開發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。EDA技術(shù)將在自動(dòng)化儀表的測(cè)試技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)等方面有較大的突破，在ASIC和PLD設(shè)計(jì)方面，以高速、高密度、低能耗、低電壓等方面發(fā)展。
4、結(jié)語
EDA技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)在已涉及電子、通信、機(jī)械、航天、醫(yī)學(xué)、生物、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。所以無論是生活、學(xué)習(xí)、還是工作，都離不開EDA。因此，作為一名大專院校電子類專業(yè)的學(xué)生，我們應(yīng)該熟練掌握EDA技術(shù)用于CPLD/FPGA的開發(fā)和知曉EDA技術(shù)在未來發(fā)展的前景，只有這樣才能去適應(yīng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中取得成績(jī)。
[參考文獻(xiàn)]
[1]杜玉遠(yuǎn).EDA設(shè)計(jì)快速入門[J].電子世界，2004（1）：24-25.
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；應(yīng)用模式；兩個(gè)層次
1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史
計(jì)算機(jī)誕生于1946年，在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)始終由于其體積大和不便攜帶而始終擱置在室內(nèi)，用來完成數(shù)值計(jì)算的大型設(shè)備。隨著20世紀(jì)70年代微型機(jī)的出現(xiàn)，微型機(jī)嵌入式專用化的深化，而進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立的微控制器發(fā)展時(shí)期，嵌入式處理器與集成電路技術(shù)發(fā)展成帶處理器內(nèi)核的單片機(jī)，即微控制器智能化電子系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、性能可靠的特點(diǎn)，逐步走出機(jī)房；快捷高速計(jì)算能力的微型機(jī)，智能化水平以及專業(yè)人士技能的不斷提高，要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)不同應(yīng)用實(shí)體中，實(shí)現(xiàn)其智能化的控制。
在工控機(jī)和單板機(jī)時(shí)期，無法徹底地滿足嵌入式系統(tǒng)小體積，低價(jià)位、高可靠性要求，現(xiàn)在我們的日常生活中嵌入式系統(tǒng)無處不在，有著較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如：手機(jī)、汽車、家用電器、都有嵌入式系統(tǒng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和微處理器的開發(fā)研究，將來嵌入式系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ睢⒐I(yè)、科技、軍事等領(lǐng)域都會(huì)有廣泛地應(yīng)用。
2 嵌入式的定義和特點(diǎn)
在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中，現(xiàn)在有許多人對(duì)嵌入式系統(tǒng)了解較少。其實(shí)單片機(jī)就是嵌入式系統(tǒng)的代表；也有些人對(duì)嵌入式系統(tǒng)無法給出較完整的定義，而是把嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和定義混在一起。因而有必要從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，了解嵌入式系統(tǒng)，從科學(xué)和專業(yè)角度來探討嵌入式系統(tǒng)和特點(diǎn)。
2.1 嵌入式系統(tǒng)要素和定義
按照嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的要求，嵌入式系統(tǒng)可概括為：“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)三個(gè)基本要素。定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、工耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
2.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，對(duì)嵌入式處理器系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的要求也使其具有以下的特點(diǎn)：⑴軟件固態(tài)化存儲(chǔ)提高了執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)軟件一般都固化于存儲(chǔ)器或單片機(jī)本身。⑵軟件代碼質(zhì)量高、半導(dǎo)體和處理器速度可靠性不斷提高、存儲(chǔ)器容量增加，具體應(yīng)用中存儲(chǔ)空間仍有實(shí)時(shí)性的要求。
⑶在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，基本要求是高實(shí)時(shí)性，保證對(duì)重要性不相同的任務(wù)合理調(diào)度是任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純提高處理器速度無法達(dá)到和完成，只能由優(yōu)化的系統(tǒng)軟件來完成。
⑷嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和計(jì)算機(jī)具有完善的人機(jī)接口界面，并增加一些開發(fā)應(yīng)用程序即可進(jìn)行對(duì)自身的開發(fā)。
⑸嵌入式系統(tǒng)軟件需要開發(fā)平臺(tái)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口，新開發(fā)的軟件應(yīng)用程序必須在平臺(tái)上運(yùn)行，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序則可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。
⑹嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應(yīng)用為主，計(jì)算機(jī)開發(fā)人員一般是計(jì)算機(jī)科學(xué)或工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式系統(tǒng)是各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合，需要的是計(jì)算機(jī)以外的專業(yè)知識(shí)，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員都是其他應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。
2.3 嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展
按照上述瞞足嵌入式系統(tǒng)定義及定義中三要素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可分為設(shè)備級(jí)、板級(jí)、芯片級(jí)。有些從事嵌入式開發(fā)的人員把嵌入式處理器當(dāng)作嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將嵌入式處理器構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與嵌入式共同應(yīng)用時(shí)，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才是嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)，主要發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求所涉及的電路，夠成滿足對(duì)象要求的應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，要不斷向計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展。才可以把定義中的嵌入式系統(tǒng)看成是滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景
3.1 嵌入式系統(tǒng)引入單片機(jī)的發(fā)展
微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)誕生了嵌入式系統(tǒng)，可是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性無法滿足對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，為此；嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展道路就是芯片化道路。把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在芯片上，而進(jìn)入了單片機(jī)時(shí)代。
在單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)程中，有過兩種模式，即本質(zhì)上的計(jì)算機(jī)直接芯片化模式，它是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本單元進(jìn)行裁剪，設(shè)置在一個(gè)芯片上，形成單片機(jī)，芯片則完全按嵌入式設(shè)計(jì)出新的嵌入式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。才是全面完善的嵌入式系統(tǒng)。芯片化模式是嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展并成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。
3.2 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展前景
日益普及的家用電器體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好前景，帶來了新的生命；也對(duì)嵌入式系統(tǒng)、軟件技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)。包括：支持迅速增長(zhǎng)的功能密度、快捷的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、小巧的移動(dòng)應(yīng)用和多媒體信息處理，因此也帶來了更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
⑴嵌入式軟件開發(fā)需要完備的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)支持，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，網(wǎng)上提供的信息量也越來越大、應(yīng)用項(xiàng)目像電話、手機(jī)、電冰箱等嵌入式設(shè)備的功能多樣化。為滿足功能的多樣化，專業(yè)人士采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器來增強(qiáng)處理能力；同時(shí)還應(yīng)用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能，簡(jiǎn)化應(yīng)用程序、確保軟件質(zhì)量和開發(fā)周期。
⑵隨著嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的國際商品化，已有WindRiver、Microsoft、等產(chǎn)品進(jìn)入我國市場(chǎng)。自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)DeltaSystem，它不僅包括嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而且還包括交叉開發(fā)工具套件、測(cè)試工具、應(yīng)用組件等。
⑶互聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及和迅速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)要求配備標(biāo)準(zhǔn)的或多種網(wǎng)絡(luò)通信接口。為應(yīng)對(duì)外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入設(shè)備必需配有通信接口，由于家用電器相互關(guān)聯(lián)（如防盜、影視和信息終端交換）及協(xié)調(diào)工作等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備多種實(shí)用或通信接口，也提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。
⑷嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)降低處理器的性能，限制內(nèi)存容量和復(fù)用接口芯片。支持電子設(shè)備向小尺寸、微功耗和低成本方向發(fā)展。為滿足這種特性，并相應(yīng)提高了嵌入式軟件設(shè)計(jì)技術(shù)要求。選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此；既要軟件人員經(jīng)驗(yàn)豐富，同時(shí)需要先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)。
⑸嵌入式設(shè)備受眾多家庭和人們喜愛，原因是它們與使用者之間具有親和力，能提供豐富多樣的人機(jī)交互界面，如信息終端交互要求以夜景或電子屏幕為中心的多媒體界面。手寫文字輸入、語音撥號(hào)、彩色圖形、圖像已取得初步成效。
4 嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式
因嵌入式系統(tǒng)具有多學(xué)科交叉的應(yīng)用特點(diǎn)，則需要計(jì)算機(jī)領(lǐng)域人員介入其結(jié)構(gòu)體系、軟件技術(shù)、工程應(yīng)用的研究。所以了解對(duì)象系統(tǒng)的控制要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制就應(yīng)具備該領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史，以及嵌入式應(yīng)用的多樣性，足以了解到嵌入式系統(tǒng)形成的兩種應(yīng)用模式。
4.1 現(xiàn)存的兩種應(yīng)用模式
從微型機(jī)出現(xiàn)到獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)從原器件狀態(tài)進(jìn)入到電子技術(shù)領(lǐng)域，從電子技術(shù)應(yīng)用為主體，到電子系統(tǒng)的智能化，計(jì)算機(jī)專業(yè)人員沒有真正進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。所以電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人員以習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)入到單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)。這種應(yīng)用模式具有：軟、硬件的低層性和隨意性，缺少計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。
盡管在單片機(jī)時(shí)代，計(jì)算機(jī)專業(yè)出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，隨著后微型機(jī)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)迅速發(fā)展；嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了迅猛發(fā)展，為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用另辟了新的空間，使得嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模式帶有計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用的特點(diǎn)，即嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式低層次應(yīng)用。
4.2 兩種模式的并存與互補(bǔ)
由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最低層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域和智能化改造，以針對(duì)專業(yè)電子技術(shù)隊(duì)伍為主，以較少的嵌入式系統(tǒng)軟和硬件成本，使其產(chǎn)品帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式較長(zhǎng)時(shí)間存在。也使得計(jì)算機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)師會(huì)愈來愈多地介入嵌入式系統(tǒng)，由于對(duì)象專業(yè)知識(shí)的差別，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)集中在網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)等方面，無法替代電子系統(tǒng)人員在控制、儀器儀表、智能化等方面的嵌入式應(yīng)用。所以，現(xiàn)存的兩種應(yīng)用模式會(huì)在一定時(shí)期并存下去，同時(shí)在不同領(lǐng)域相互補(bǔ)充。在嵌入式系統(tǒng)軟和硬件研發(fā)過程中，不斷學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)，在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，不斷了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性及電路設(shè)計(jì)方法和對(duì)象系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。
4.3 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的兩個(gè)層次
嵌入式系統(tǒng)有過很長(zhǎng)的一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路，在實(shí)現(xiàn)最低層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，使其有著明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。許多從事單片機(jī)研發(fā)人員，都是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)人士，由于單片機(jī)的出現(xiàn)，部分人員脫離了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，另辟途徑而進(jìn)入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，且沒有帶入嵌入式系統(tǒng)理念。所以：許多從事單片機(jī)應(yīng)用的人，沒有真正了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)，在涉及嵌入式系統(tǒng)時(shí)，往往理解成計(jì)算機(jī)專業(yè)：從事網(wǎng)絡(luò)、通信等的應(yīng)用。從而形成了“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”兩個(gè)獨(dú)立的名詞。因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”是獨(dú)立產(chǎn)生的嵌入式系統(tǒng)，應(yīng)該把它統(tǒng)一歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)。也可以把嵌入式系統(tǒng)按應(yīng)用對(duì)象分成高層次與低層次，把原來的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低層次應(yīng)用。
5 結(jié)束語
由于嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)巨大、潛力無限，全球的生產(chǎn)商都非?？春眠@一領(lǐng)域，且投入了許多人力物力，而圍繞嵌入式系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和研發(fā)正成為計(jì)算機(jī)發(fā)展方向。筆者結(jié)合自身的學(xué)習(xí)和積累以及網(wǎng)站資料的搜索與分析，對(duì)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了概述，希望能同從事嵌入式開發(fā)的人員共同探討，為使嵌入式系統(tǒng)在未來的發(fā)展，能給人們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來更多的便利而共同努力。
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