集成电路设计步骤
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集成电路设计步骤范文第1篇
集成电路(IntegratedCircuit)产业是典型的知识密集型、技术密集型、资本密集和人才密集型的高科技产业，是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业，是新一代信息技术产业发展的核心和关键，对其他产业的发展具有巨大的支撑作用。经过30多年的发展，我国集成电路产业已初步形成了设计、芯片制造和封测三业并举的发展格局，产业链基本形成。但与国际先进水平相比，我国集成电路产业还存在发展基础较为薄弱、企业科技创新和自我发展能力不强、应用开发水平急待提高、产业链有待完善等问题。在集成电路产业中，集成电路设计是整个产业的龙头和灵魂。而我国集成电路设计产业的发展远滞后于计算机与通信产业，集成电路设计人才严重匮乏，已成为制约行业发展的瓶颈。因此，培养大量高水平的集成电路设计人才，是当前集成电路产业发展中一个亟待解决的问题，也是高校微电子等相关专业改革和发展的机遇和挑战。[1_4]
一、集成电路版图设计软件平台
为了满足新形势下集成电路人才培养和科学研究的需要，合肥工业大学(以下简称"我校”从2005年起借助于大学计划。我校相继开设了与集成电路设计密切相关的本科课程，如集成电路设计基础、模拟集成电路设计、集成电路版图设计与验证、超大规模集成电路设计 、 ASIC设计方法、硬件描述语言等。同时对课程体系进行了修订，注意相关课程之间相互衔接，关键内容不遗漏，突出集成电路设计能力的培养，通过对课程内容的精选、重组和充实，结合实验教学环节的开展，构成了系统的集成电路设计教学过程。56]
集成电路设计从实现方法上可以分为三种：全定制(fullcustom)、半定制(Semi-custom)和基于FPGA/CPLD可编程器件设计。全定制集成电路设计，特别是其后端的版图设计,涵盖了微电子学、电路理论、计算机图形学等诸多学科的基础理论，这是微电子学专业的办学重要特色和人才培养重点方向，目的是给本科专业学生打下坚实的设计理论基础。
在集成电路版图设计的教学中，采用的是中电华大电子设计公司设计开发的九天EDA软件系统(ZeniEDASystem),这是中国唯1的具有自主知识产权的EDA工具软件。该软件与国际上流行的EDA系统兼容，支持百万门级的集成电路设计规模，可进行国际通用的标准数据格式转换，它的某些功能如版图编辑、验证等已经与国际产品相当甚至更优，已经在商业化的集成电路设计公司以及东南大学等国内二十多所高校中得到了应用，特别是在模拟和高速集成电路的设计中发挥了强大的功能，并成功开发出了许多实用的集成电路芯片。
九天EDA软件系统包括设计管理器，原理图编辑器，版图编辑工具，版图验证工具，层次版图设计规则检查工具，寄生参数提取工具，信号完整性分析工具等几个主要模块，实现了从集成电路电路原理图到版图的整个设计流程。
二、集成电路版图设计的教学目标
根据培养目标结合九天EDA软件的功能特点，在本科生三年级下半学期开设了为期一周的以九天EDA软件为工具的集成电路版图设计课程。
在集成电路版图设计的教学中，首先对集成电路设计的_些相关知识进行回顾，介绍版图设计的基础知识，如集成电路设计流程，CMOS基本工艺过程，版图的基本概念，版图的相关物理知识及物理结构，版图设计的基本流程，版图的总体设计，布局规划以及标准单元的版图设计等。然后结合上机实验，讲解Unix和Linux操作系统的常用命令，详细阐述基于标准单元库的版图设计流程，指导学生使用ZeniSE绘制电路原理图，使用ZeniPDT进行NMOS/PMOS以及反相器的简单版图设计。在此基础上，让学生自主选择_些较为复杂的单元电路进行设计，如数据选择器、MOS差分放大器电路、二四译码器、基本RS触发器、六管MOS静态存储单元等，使学生能深入理解集成电路版图设计的概念原理和设计方法。最后介绍版图验证的基本思想及实现，包括设计规则的检查(DRC),电路参数的检查(ERC),网表一致性检查(LVS),指导学生使用ZeniVERI等工具进行版图验证、查错和修改。7]
集成电路版图设计的教学目标是：
第熟练掌握华大EDA软件的原理图编辑器ZeniSE、版图编辑模块ZeniPDT以及版图验证模块ZeniVER丨等工具的使用;了解工艺库的概念以及工艺库文件technology的设置，能识别基本单元的版图，根据版图信息初步提取出相应的逻辑图并修改，利用EDA工具ZSE画出电路图并说明其功能，能够根据版图提取单元电路的原理图。
第二，能够编写设计版图验证命令文件(commandfile)。版图验证需要四个文件(DRC文件、ERC文件、NE文件和LVS文件)来支持，要求学生能够利用ZeniVER丨进行设计规则检查DRC验证并修改版图、电学规则检查(ERC)、版图网表提取(NE)、利用LDC工具进行LVS验证，利用LDX工具进行LVS的查错及修改等。
第三，能够基本读懂和理解版图设计规则文件的含义。版图设计规则规定了集成电路生产中可以接受的几何尺寸要求和可以达到的电学性能，这些规则是电路设计师和工艺工程师之间的_种互相制约的联系手段，版图设计规则的目的是使集成电路设计规范化，并在取得最佳成品率和确保电路可靠性的前提下利用这些规则使版图面积尽可能做到最小。
第四，了解版图库的概念。采用半定制标准单元方式设计版图，需要有统一高度的基本电路单元版图的版图库来支持，这些基本单元可以是不同类型的各种门电路，也可以是触发器、全加器、寄存器等功能电路，因此，理解并学会版图库的建立也是版图设计教学的一个重要内容。
三、CMOS反相器的版图设计的教学实例介绍
下面以一个标准CMOS反相器来简单介绍一下集成电路版图设计的一般流程。
1.内容和要求
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，初步确定其版图;使用EDA工具PDT打开版图编辑器;在版图编辑器上依次画出P管和N管的有源区、多晶硅及接触孔等;完成必要的连线并标注输入输出端。
2.设计步骤
根据CMOS反相器的原理图和剖面图，在草稿纸上初步确定其版图结构及构成;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt,进入ZeniPDT版图编辑器;读懂版图的层次定义的文件，确定不同层次颜色的对应，熟悉版图编辑器各个命令及其快捷键的使用;在版图编辑器上初步画出反相器的P管和N管;检查画出的P管和N管的正确性，并作必要的修改，然后按照原理图上的连接关系作相应的连线，最后检查修改整个版图。
3.版图验证
打开终端，进入zse文件夹，键入zse,进入ZeniSE原理图编辑器，正确画出CMOS反相器的原理图并导出其网表文件;调出版图设计的设计规则文件，阅读和理解其基本语句的含义，对其作相应的路径和文件名的修改以满足物理验证的要求;打开终端，进入pdt文件夹，键入pdt，进入ZeniPDT版图编辑器，调出CMOS反相器的版图，在线进行DRC验证并修改版图;对网表一致性检查文件进行路径和文件名的修改，利用LDC工具进行LVS验证;如果LVS验证有错，贝懦要调用LDX工具，对版图上的错误进行修改。
4.设计提示
要很好的理解版图设计的过程和意义，应对MOS结构有一个深刻的认识;需要对器件做衬底接触，版图实现上衬底接触直接做在电源线上;接触孔的大小应该是一致的，在不违反设计规则的前提下,接触孔应尽可能的多，金属的宽度应尽可能宽;绘制图形时可以多使用〃复制"操作，这样可以大大缩小工作量，且设计的图形满足要求并且精确;注意P管和N管有源区的大小，一般在版图设计上，P管和N管大小之比是2:1;注意整个版图的整体尺寸的合理分配，不要太大也不要太小;注意不同的层次之间应该保持一定的距离，层次本身的宽度的大小要适当，以满足设计规则的要求。四、基本MOS差分放大器版图设计的设计实例介绍在基本MOS差分放大器的版图设计中，要求学生理解构成差分式输入结构的原理和组成结构，画出相应的电路原理图，进行ERC检查，然后根据电路原理图用PDT工具上绘制与之对应的版图。当将基本的版图绘制好之后，对版图里的输入、输出端口以及电源线和地线进行标注，然后利用几何设计规则文件进行在线DRC验证，利用版图与电路图的网表文件进行LVS检查，修改其中的错误并优化版图，最后全部通过检查，设计完成。
五、结束语
集成电路版图设计的教学环节使学生巩固了集成电路设计方面的理论知识，提高了学生在集成电路设计过程中分析问题和解决问题的能力，为今后的职业生涯和研究工作打下坚实的基础。因此，在今后的教学改革工作中，除了要继续提高教师的理论教学水平外，还必须高度重视以EDA工具和设计流程为核心的实践教学环节，努力把课堂教学和实际设计应用紧密结合在一起，培养学生的实际设计能力，开阔学生的视野，在实验项目和实验内容上进行新的探索和实践。
参考文献：
[1]孙玲.关于培养集成电路专业应用型人才的思考[J].中国集成电路,2007,(4):19-22.
[2]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,(5):25-26.
[3]唐俊龙，唐立军，文勇军，等.完善集成电路设计应用型人才培养实践教学的探讨J].中国电力教育,2011,(34):35-36.
[4]肖功利，杨宏艳.微电子学专业丨C设计人才培养主干课程设置[J].桂林电子科技大学学报,2009,(4):338-340.
[5]窦建华，毛剑波，易茂祥九天”EDA软件在"中国芯片工程〃中的作用[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2008,(6):154-156.
[6]易茂祥，毛剑波，杨明武，等.基于华大EDA软件的实验教学研究[J].实验科学与技术，2006,(5):71-73.
集成电路设计步骤范文第2篇
摘要：基于学习产出的教育（OBE）模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。近年来由我国教育部发起的卓越工程师教育培养计划、工程教育专业认证和新一轮的高等院校审核评估，都是基于OBE的工程教育模式。本文以《模拟集成电路设计》课程为例，提出并详细讨论了一种基于OBE培养模式的课程评价方法。在确定课程对专业培养标准的支撑矩阵后，给出了课程目标达成度的具体计算方法和对应的详细的教学设计。
关键词：基于学习产出的教育（OBE）；工程专业认证；课程目标达成度；培养标准
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0108-02
近年来，我国高等院校的工程教育蓬勃发展。国家教育部2006年牵头正式启动全国工程教育专业认证试点工作，2010年，决定在高校中展开实施“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓工计划”）试点工作，并把通过国家工程教育认证作为卓工计划试点项目结题的必要条件。2013年，我国正式被《华盛顿协议》认可为预备会员，2016年，成为正式会员。
事实上，工程认证的内涵是“基于学习产出的教育”（OBE，Outcomes-Based Education）。目前，包括成都信息工程大学（以下简称“我校”）在内的首批61所试点高校的卓工计划试点已近收尾阶段。因此，在OBE的实现主线，即定义预期学习产出―实现预期学习产出―评估学习产出中，“评估学习产出”是目前工作的重中之重。微电子科学与工程专业是我校卓工计划试点专业，在该专业的培养方案中，《模拟集成电路设计》课程为核心必修课，在培养学生模拟集成电路设计理论知识和工程能力方面具有举足轻重的作用。本文以《模拟集成电路设计》课程为例，着重探讨如何实现课程达成度评价。本文研究对进一步深化包括卓工计划在内的工科专业的工程教育改革具有重要意义。
一、课程对培养标准的支撑矩阵
在专业人才培养方案中，每个专业都具有自己的培养标准，一般包括技术基础知识和人文素养、职业能力和态度、人际交往能力、团队工作和交流能力、复杂工程能力等多个方面。这些培养标准完全是由培养方案中的课程体系所支撑，并由此形成课程对培养标准的支撑矩阵。我校微电子科学与工程专业的《模拟集成电路设计》课程所承担的培养标准包括如“培养标准1：具有电路设计与分析、工艺分析、器件性能分析和版图设计等的基本能力”在内的共计8条，涵盖了从技术到沟通（团队合作）、到复杂工程能力等多个方面。为了便于评价每一条培养标准的达成情况，需要在课程内部所涉及的知识点、评价方式等对培养标准的支撑进行进一步分解。表1列出了《模拟集成电路设计》这门课所支撑的培养标准1对应的部分课程内容和考核方式。
由表1可见，评价培养标准1的达成方法采用了成绩分析法（考试、作业）和评分表分析法（讨论、演讲、课程设计等）相结合的方式。这是因为，我们认为，学生的电路设计与分析的基本能力不仅可以通过量化评分的方式进行考核，同时，在课程设计、讨论、演讲等具有一定主观性的考核方式中也能够较好体现。
二、课程目标达成度的评价方法
为了计算某条培养标准在该门课程的达成度，首先需要对该培养标准的达成度的计算方法进行定义。在《模拟集成电路设计》课程中，我们采用如下定义方法：
培养标准i的评价值= （1）
其中，样本班级为了保证具有统计意义，应该抽取好中差比例较为均衡的学生样本。为了保证样本抽取的客观性，我们抽取一个自然班。
依然以课程所支撑的培养标准1为例，2015-2016（2）学期能够支撑该标准的分值以及权重如表2所示：
分别对4个考核环节的该班级的所有学生计算平均分，并代入公式（1）计算，可获得培养标准1的评价值。
值得注意的是，表2中所列的各个考核环节的分值并不一定是该课程中该考核环节的总分，而应该是能够支撑该培养标准的该考核环节的分值。同时，各个考核环节的分值和权重应该总体稳定且动态优化的过程。为了保证达成度评价尽可能客观和合理，相邻两个学年的考核环节权重不应有过于剧烈的变化。
三、教学设计
为了更方便对课程所支撑的培养标准评价值进行计算，在行课前，需要精心设计教学大纲和教学活动。
1.根据所建立的培养标准与课程考核环节的支撑矩阵，合理进行教学活动。支撑矩阵应该包括课程所支撑的所有培养标准，以及每个培养标准所对应的考核方法及考核内容。在支撑关系中，难免会出现一个考核环节同时支撑多个培养标准的情况。例如，“（3）讨论”环节能够同时支撑培养标准1、3、4，其中1为相关的知识要求，3为团队合作要求，4为沟通能力要求。在具体实施过程中，需要考虑是选择利用该评价环节总的评价值同时对3个培养标准进行评价，还是进一步对该考核环节进一步分解。在我校《模拟集成电路设计》课程中，我们将“（2）讨论”环节分解为准备、汇报讨论2个步骤。其中“时浮敝秆生为了讨论所做的笔记，反映学生的知识能力。而“汇报讨论”指学生的临场发言，反映学生的团队合作和沟通能力。
2.确定每一个知识点对所对应培养标准的支撑权重，并由此指导教学过程中各知识点的学时分配。这样，在教学过程中更具有针对性，更能够把握重点。以表1中“单级放大器”课程内容为例，表3给出了一种详细的支撑权重、学时分配和教学设计。
3.合理设计每个知识点的考核方式。面向课程达成度的教学评价本身就是工程专业认证的重要一环，宗旨是通过科学、合理的课程达成度评价方式反映学生毕业要求能否达成，进一步反馈教学中的问题，指导教学内容、教学方法的持续改进，最终达到实现提高学生工程能力的最终目的。因此，课程中富有可实践性的知识点应以讨论、演讲、作业、课程设计等考核方式为牵引，采用综合运用探究式、启发式和互动式的教学方法等进行授课。
四、结束语
在工程教育背景下，以OBE培养模式作为目标导向，能够有效提高工程教育质量。培养体系中课程达成度的评价结果，作为质量反馈环节的重要数据，对教学设计、教学管理和持续改进都具有重要的指导意义。本文提出的课程达成度评价设计具有一定的普适性，对工科专业的课程达成度计算都具有重要参考意义。
参考文献：
[1]孙娜.中国高等工程教育专业认证发展现状分析及其展望[J].创新与创业教育，2016，17（1）：29-34.
[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.
集成电路设计步骤范文第3篇
文献［3］中提出了一种基于数据流优化方法的全搜索运动估计电路，将绝对差值和（SAD）的计算拆分成残差值计算与SAD累加两部分，并通过对传统运动估计运算数据流的优化，使设计能够在相同的面积开销下对比文献［4］中减少近70％的带宽消耗．电路的主要结构包含了片上缓存，PE阵列以及数据流控制器，如图1所示．图1HEVC运动估计电路结构电路各模块按所占面积在表1中列出，可以发现，电路中的存储模块（SRAM）总共占用了40．9％的面积．这样的设计特征导致的直接结果会有非常多的长互连线存在于存储模块和逻辑模块之间．
2、三维运动估计电路的划分方法
图2中的连线表示所有SRAM与标准单元之间的信号线，由于SRAM集中在芯核（corearea）区域的右上角与右下角，而标准单元集中在芯核区域的左侧及中部，所以需要大量长互连线连接这三块区域．这些信号线具有较大的电容与电阻，导致读写SRAM的时序变差，且功耗也较大．本文将SRAM堆叠到标准单元区域的下方，使得原先相距较远的标准单元与SRAM输入／输出端口利用三维空间的优势缩短直线距离，避免了上述问题的发生．进一步分析表1可得，PE阵列模块占了芯核53．3％的区域．PE阵列共包含32×32个PE，以及一些加法器．每个PE的结构如图3所示，其由一个Router单元和一个Absolute单元组成，Router单元负责与邻近的四个PE交换数据，而Absolute单元用来计算2个8bit数据差值的绝对值．这两个单元分别占PE一半左右面积．每个PE都只与上下左右4个PE进行数据交换，所以这些局部互连的长度很大程度上决定了整个PE阵列的互连总长度．假设这些局部互连从PE的中心出发，如果能将单个PE的面积减少一半，则理论上局部互连的总线长能减少到原先的70．7％。根据上述分析，本文将HEVC运动估计电路分成4层（tier）．其中tier1和tier2包含了所有SRAM和数据流控制器，tier3包含了PE阵列中的1024个Router单元，tier4包含了PE阵列中的1024个Absolute单元和加法树．Tier1为最低层，Tier4为最高层，各层均朝上．这样，整个运动估计电路被均匀地划分到各层中，如表2所示．
3、三维运动估计电路设计流程
本文使用SMIC65nm工艺提供的标准单元和SRAM，配合定制的硅通孔单元进行设计．根据全球半导体技术发展路线图［5］，硅通孔的尺寸定为1μm×1μm．本文使用的工具是DesignCompiler，En－counter和PrimeTime．以下将具体介绍各个设计步骤，着重介绍与二维集成电路设计不同的地方，图4展示了整个设计流程．
3．1设计划分
设计划分的目的是将整个二维电路设计分割到三维多层设计中，以减小占用面积．划分时需要根据设计电路进行具体分析，注意均匀分配各层的面积，并且避免使用过多的硅通孔，因为硅通孔会额外占用标准单元的布局资源，且增加生产成本．本文针对HEVC运动估计电路，根据第2节中的分析，将设计分为四层．
3．2综合与布局
在三维电路设计中，综合与布局的方法和二维电路设计相似．不同之处在于，综合与布局，包括之后的后端步骤，都需要对每一层独立进行，就如同设计了四块芯片．在综合结束时，需要使用时序预算（TimingBudget）功能得到四个时序约束文件，以及四个网表文件．
3．3创建硅通孔
布局后需要创建硅通孔，将信号传输到下层．本文确定硅通孔位置的方法是，首先使用工具进行标准单元和SRAM的布局，然后使用脚本找到需要与下层通信的单元管脚位置，在其边上创建一个硅通孔并将管脚信号分配到这个硅通孔上，这样可以获得最小线长．所有硅通孔都创建并分配好信号之后，需要将这些信息导出，以便下层tier在相应位置的顶层金属上创建frontbump与上层硅通孔相连．只有最上面的三层需要创建硅通孔．
3．4时钟树综合
三维集成电路的时钟树综合采用二维电路中层次化设计的方法，即先在每一个tier的时钟信号端口的附近创建一个缓冲器，并利用这个缓冲器作为时钟树的根，为本层tier生成一棵时钟树．最后在底层tier设计完整时钟树时，将上面各层tier当作数个宏模块，并在配置文件中描述各宏模块的时钟树特性，包括端口名、最大／最小上升延迟、最大／最小下降延迟和额外电容．其中额外电容用来描述硅通孔引入的电容．
3．4时序验证
为了验证三维集成电路的时序，首先需要得到各层tier的SPEF文件，其中包含了网表的电容、电阻等数据．在PrimeTime中导入各层SPEF文件，并设置合适的硅通孔电容电阻参数，即可进行多层tier联合时序验证．
3．5版图设计结果
图5展示了三维HEVC运动估计电路的版图设计结果，从上至下依次为tier4至tier1．每一层中的左图展示了标准单元和SRAM的位置，而右图展示了硅通孔的位置．其中上方两层全部由标准单元组成，下方两层主要由SRAM组成.5结果分析与比较本文为了定量分析三维集成电路带来的各项优势，分别对二维运动估计电路和三维运动估计电路进行了完整的设计．由于集成电路的设计是各项指标之间的平衡（trade－off），在不同的约束下，会得到不同结果，本文在假设二维电路的面积与三维电路四层tier的总面积相等，且时钟约束都为250MHz的情况下，对比其线长、功耗等性能指标．对比结果如表3所示，结果证明，三维HEVC运动估计电路比二维电路减小了75％占用面积，14．4％总线长，17．1％平均线长和12．3％功耗．
4、结束语
集成电路设计步骤范文第4篇
针对课堂教学的局限性，鼓励学生养成课外积极收集相关专业知识的主动自学能力；鼓励学生积极参加各种设计竞赛，将所学知识灵活应用于实践，并使学生逐渐形成创新性思维，具有较高的工程素质和实践能力。
二、基于FPGA技术的课程教学改革策略
1.明确教学目标
即通过对集成电路相关企业进行调研，了解企业对集成电路专业学生在FPGA技术方面所需的应用技能，进一步明确FPGA技术的教学目标。往往每个企业的研究方向不同，所用的开发环境、仿真工具都各不相同。为了满足学生就业需求，教学目标应该重基础、求延伸。在基础扎实的基础上，在应用方向上寻求延伸，使学生多接触各种常用的典型开发环境。
2.整合与FPGA技术相关的课程，设计教学内容
由于几门相关的课程由不同的教师在不同学期授课，同时存在着有些知识点重复讲授，而有些重要知识点又在课程中没有涉及到的现象。再加上对于硬件描述语言的学习仅仅通过课堂教学是远远不够的，应该边学边练。根据专业特色、企业需求及修订后的教学目标，对原FPGA技术相关的多门课程的教学内容进行深入分析，依据教学内容的关联程度，制定课程整合方案，调整教学计划，合理安排授课内容，做好衔接，充分利用教学资源。主要包括“硬件描述语言”增设相应实验课（modelsim仿真）；原“数字集成电路设计”的实验内容改为quartusii开发工具综合项目设计实验；“FPGA原理与应用”除了介绍原理应用方面外，另增设针对FPGA实验箱的实验项目（Xilinx的ise开发工具）；“SOPC设计技术”课程中要求学生熟练掌握sopcbuilder和XilinxEDK开发环境，使学生同时掌握并比较两大公司的典型开发环境，以及系统级设计方法。
3.增设“ASIC综合与时序分析”课程
现有的一部分FPGA教学实验，仅仅停留在让学生熟悉FPGA的设计流程、设计步骤，这远远不够。综合时序分析在电路设计中起着至关重要的作用，应进一步加强综合时序分析环节，数字集成电路实验不能仅停留在将RTL级代码映射为电路结构的表面工作，应深入分析电路的时序、面积及功耗，让学生具体体会各种约束在电路具体实现中的意义。因此，增设“ASIC综合与时序分析”课程，针对ASIC设计购置了Synopsys软件并建立了相应机房，使学生熟练掌握不同的设计软件，以满足设计需求。
4.调整实验计划，提高学生的动手能力
数字集成电路实验通常以Modelsim仿真为主，学生只有在最后一个综合实验中才能用到FPGA开发板，开发板利用率不高，而且学生对开发板的熟悉程度根本不够。应该增加FPGA开发实验项目，让学生熟悉开发板结构、核心器件及外设结构、连接方式，真正能熟悉开发工具，熟练掌握开发流程，鼓励学生多动手、多实践，真正做到活学活用。
5.加强师资队伍建设
由于行业技术更新快，新技术、新工具层出不穷，而学校又存在讲授知识老旧，教师技术参差不齐等诸多问题。因此必须加强师资队伍建设，进行定期技术培训，及时更新知识结构。通过定期培训，可以为课程中实验授课做较好的技术支持。同时支持教师参加培训，使一线教师能有机会直接与各地从事集成电路数字设计的一线工程师（包括清华微电子所、中芯国际、华纳电子、大唐微电子等知名单位的一线工程师）进行交流。及时了解行业新动态、新趋势、新技术以及主流工具，更好地将最新的知识及相关信息传授给学生，紧跟时代步伐。
6.变革教学方法
传统的教学方法强调以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心，主要以讲授为主，而忽视学生的积极性、主动性及创造性的发挥，这将影响FPGA技术的教学效果。而且这种方式过于枯燥，对FPGA技术教学远远不足。在FPGA技术的教学中，根据讲授的内容，采用不同的教学方法。除了课堂讲授外，在讲解具体实例时应采用演示法。FPGA技术的实践性和应用性很强，设置相关课内实验应分为基础性实验、提高性实验和综合性实验。在实践教学中要坚持“重基础与技能、求综合与创新”的改革思路，加强学生工程思维训练、调试和分析能力，提高实践教学体系的创新性、综合性。除课堂讲授外，督促学生在教师指导下自学、自讲，以讨论为主的教学方式，并根据合作程序及自愿原则进行分组。针对“集成电路设计方法”课程教学内容，建立课外创新小组，为每个小组的阶段性成果在课堂上进行成果，锻炼学生的语言表达能力，建立自信心。同时，由教师引导，对创新小组遇到的问题进行课堂讨论、分析，调动每个学生的积极性，提高学生自行发现问题、分析问题及解决问题的能力，取得了很好的效果。教师通过与学生互动了解学生的兴趣、难点所在，有目的地调整教学内容，使课堂更灵活、更有效地解决学生在学习过程中的各种问题，
7.与企业合作
建立实训基地，培养学生的团队精神。有些能力较强的学生习惯于独立完成某个项目，这违背了企业需要具有团队协作精神成员的培养方针。实训基地以分组形式分配项目，对每个学生进行明确分工，让学生在每个项目中分别担任项目团队中的不同角色，承担各自的任务，以团队形式完成所分配的项目，并且每个学生在课程结业时必须完成项目团队中不同角色的任务，得到相应学分。以实际项目为基础，领着学生从立项到着手设计再到最终完成设计，让学生熟练掌握项目完成的各个过程。在进行综合项目实现的过程中，学生能体会到课堂知识用于实践是远远不足的，这将促进学生查找相关资料进行自主学习，培养学生的自学能力、发现问题、分析问题及解决问题的能力。
8.制定FPGA应用能力评价标准
集成电路设计步骤范文第5篇
关键词： 嵌入式应用 教学体系 实验教学
嵌入式技术是21世纪计算机技术发展的一个重要方向。嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志。
在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，技术的飞速进步及市场对高端智能产品需求的日趋增长，8/16位微处理器已无法满足高端智能产品对微处理器性能的最低要求。而32位嵌入式微处理器因其高主频、低功耗、高性价比、可运行嵌入式操作系统等特点，已经在高端智能产品、工业控制、信息家电等领域已取得了广泛应用[1，2]。
近年来，在电子信息学科单片机原理及应用课程、16位及32位微机原理及接口电路等课程的教学中，仍以汇编语言、接口编程等作为主要知识点进行讲授，现有课程内容、教学设施和教学手段与现今嵌入式技术的飞速发展严重脱节，技术差距在不断加大，传统的课程体系和教学方法已经无法满足应用型人才培养的要求。为此，更新嵌入式应用相关课程教学内容，进行课程改革和实验建设迫在眉睫。
1.循序渐进，构建三位一体的课程群体系
目前嵌入式应用的实现主要有三种形式：面向实时性要求较低、无需多线程的简单系统，一般选用单片机等8位或16位处理器的解决方案，适用于低端应用场合；面向处理速度较快、需要操作系统支持的场合，可选用基于FPGA或ARM的片上系统（SOC）的解决方案，适用于高端应用场合；而在如汽车电子、航空航天等工业级应用场合，一般自主开发专用数字集成电路实现嵌入式应用[3]。
图1 嵌入式应用的实现形式
嵌入式应用课程群针对这三个方向开设三门主干课程：单片机原理与应用、片上系统与嵌入式应用和数字集成电路设计，《单片机原理与应用》以8051为代表，主要讲授8位微处理器的结构和工作原理，让学生对嵌入式系统形成基本概念，学习一般微处理器的指令集、工作原理、硬件配置和软件开发。《片上系统与嵌入式应用》以FPGA为平台，着重讲授SOPC系统设计方法，在先修课程的基础上逐步深入，让学生从这门课程的讲授中既能学习到实用性较强的简单数字系统开发，又能接触到如底层驱动程序、实时操作系统等嵌入式应用的前沿技术。最后，特别针对本专业微电子的专业特点，开设《数字集成电路设计》，专门讲授嵌入式处理器数字IC的开发和使用，培养学生具有设计具有自主系统架构嵌入式专用IC芯片的能力，形成本专业特色鲜明的培养模式。
图2 嵌入式应用课程群体系
2.教学科研并重，不断更新教学内容和教学方法
嵌入式领域的技术更新换代速度十分的快，因此，要求教师在教学过程中不断跟踪新技术，更新教学内容和教学方法。在“嵌入式应用”课程群建设的过程中，我们将课程的教学内容和教师所承担各级科研项目中所获得的工程实践经验紧密结合起来，在每个轮次的教学中，都会根据目前最新的前沿技术，加入一部分新的教学内容，以达到更好地提升学生知识水平的效果。我们编写了适合我校办学特色的嵌入式系统实验（实训）指导书、PPT教学课件、AVI视频教学动画等教学资料。目前，课程群中三门课程在教学内容和方法方面都进行了有益的探索。
（1）《单片机原理与应用》课程采用目前工程实践广泛采用的C程序设计语言进行描述，改变了以往使用汇编语言讲授枯燥、乏味的特点，更易于学生理解和实际应用。同时，我们还在课堂教学中引入了Proteus单片机仿真软件进行案例教学。在讲授完单片机的基本原理之后，教师以讲授实际案例为手段训练学生对于各知识点的理解和应用能力[4]。在此过程中，学生与教师同步在课堂中用自己的计算机完成案例的复现，并用Proteus仿真软件验证程序运行的实际效果。应用案例教学法，学生的学习不再是一味地听，而转变为实际动手实践，在实践中尝试、总结和提升，学生学习效果显著强化。
（2）《片上系统与嵌入式应用》是一门新开课程，主要讲授Nios II软核处理器的体系结构、设备和SOPC系统的开发流程。在课程内容上，侧重嵌入式处理器的应用而非原理，避免与单片机课程重复。在上一学期学生学习过单片机课程的基础上，重点讲授SDRAM存储器、Flash存储器、UART接口等低端单片机系统不涉及的内容和应用实例。在教学方法上，采用任务驱动法来激发学生的学习兴趣，以一个简单的设计实例为主体，介绍软硬件的开发流程，开发环境的使用和编程思想，使学生循序渐进，逐步深入[5]。例如：设计一个点阵显示屏控制器，围绕这个任务让学生熟悉构建SOPC系统所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三态桥、定时器、锁相环、自定义点阵等外设的特点和编程方法。这种教学方法将学习的难点分散到各个任务中，能使学生在完成任务的同时深刻理解所学内容。
（3）《数字集成电路设计》课程以Verilog语言设计为切入点，从最简单的逻辑电路设计开始，逐步深入复杂的微处理器电路设计。在教学内容上，针对嵌入式应用课程群的特点，围绕微处理器的主要结构如ALU、ROM、寄存器组、RISC模型机等电路的原理和设计方法进行讲授，学生在经过这门课程的学习后，可以掌握自己动手开发一块具有自主知识产权的专用嵌入式处理器芯片的能力。
3.开设综合性、设计性实验，培养学生创新能力
应用型本科人才并不是“狭窄于技术”的工匠，应具有开放的辩证思维和创新精神。在嵌入式课程群实践体系的建设过程中，除了开设常规的基础性实验以外，在《片上系统与嵌入式应用》和《数字集成电路设计》课程设计中开设了一系列的综合性和创新性实验，这些课题来源于实际的工程设计和科研项目，由学生自行提出可行的设计方案，与指导老师共同讨论后实施，整个过程由学生主导，充分发挥学生的主观能动性和创造力。我们将实验内容分为以下三类。
（1）基础性实验。主要是让学生在实验指导书的指导下将理论课上所掌握的知识和概念通过实验的方式进行巩固，通过直观、具体的实验结果验证理论结果，熟悉软件使用方法和设计流程。包括PWM直流电机控制、标准输入输出设备字符串流控制、PIO控制流水灯、自定义外设点阵控制等实验。
（2）综合性实验。这部分实验区别于基础性实验，并不给出具体的实验过程，只给出基本原理和大致方案，要求学生综合运用所学专业知识，周全考虑，自行确定具体的实验步骤和方法。这部分实验往往涉及多门知识点甚至是多门课程，包括无线温度数据采集、μC-OS多任务操作系统、触摸屏人机交互等实验。
（3）创新性实验。这部分实验主要面向部分基础知识过硬、动手能力强的优秀学生，利用课外时间提高他们在嵌入式应用方面的实际能力。这类实验以省、校两级大学生实践创新项目为载体，不拘泥于理论和实验课程的范围，由学生自主选题，形成创新团队，由团队指导老师负责。我们成立了开放的嵌入式创新实验室，实验室由老师、实验员和高年级学生共同值班，学生可以随时申请使用实验设备，完成相应的实验。通过这种形式的锻炼，嵌入式创新实验室的同学在省大学生电子设计竞赛、全国电子专业人才设计与技能大赛中都取得了优异成绩。
4.结语
嵌入式应用课程群经过以上所述课程体系的调整、教学内容的丰富及实验教学的改革，不断增加新知识，改进教学手段和教学方法，通过课堂教学、实验教学和教学科研的结合，在学生创新意识和实践动手能力培养方面进行了有益尝试和探索。未来我们将在深化教学改革的过程中不断探索，不断完善，探索出一套适合应用型人才培养的嵌入式应用教学培养模式。
参考文献：
[1]周立功.SOPC嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[2]宋彩利，康磊.数字系统设计与SOPC技术[M].西安：西安交通大学出版社，2012.
[3]李兰英，崔永利，李妍等.基于FPGA技术的嵌入式应用型人才培养教学体系[J].计算机教育，2011（16）：18-21.
[4]陈林，魏淑桃，石林祥等.应用型本科“SOPC设计与应用”课程教学改革探索[J].计算机教育，2012（19）：82-85.
