基于FPGA技术的嵌入式应用型人才培养教学体系

基于FPGA技术的嵌入式应用型人才培养教学体系

李兰英;崔永利;李妍;沈泓

【摘要】以哈尔滨理工大学2010年计算机科学与技术专业培养方案修订为背景,针对FPGA技术在嵌入式系统中日益广泛的应用,提出嵌入式技术与应用专业方向基于FPGA设计技术的嵌入式应用型人才培养的课程体系,结合学校现有的教学条件,详细介绍基于Xilinx FPGA实验平台的课程体系设置、课程的理论和实验教学内容等。该课程体系围绕FPGA技术由浅入深展开教学,在培养学生全面掌握FPGA器件开发技术的同时,也培养其基于FPGA的嵌入式系统设计与应用的能力。%For FPGA technology increasingly wide range of applications in embedded systems,this paper proposes embedded applied talents training curriculum system of embedded technology and applications specialty which is based on FPGA design technology,which has the training program revise of this specialty of our university in 2010 as a bined with school existing teaching conditions,this paper introduces the curriculum theory and the experimental teaching content and the curriculum system in detail,which based on Xilinx FPGA experimental platform and so on.The proposed course groups encircle the FPGA technology and use progressive approach to expand the teaching,which makes students master the FPGA device development technology in the round,also trains students FPGA-based embedded system design and application capabilities.

【期刊名称】《计算机教育》

【年(卷),期】2011(000)016

【总页数】4页(P18-21)

【关键词】嵌入式人才培养;教学体系;FPGA技术

【作者】李兰英;崔永利;李妍;沈泓

【作者单位】哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150080

【正文语种】中文

【中图分类】G642

1 研究背景

目前，嵌入式系统人才需求与人才培养的矛盾突出，嵌入式系统人才培养是个系统工程，包括教学体系的完善，教学内容的改革，教材建设，配套实验设备的开发，教师团队的培养等。嵌入式系统人才培养门槛较高，实践性很强，涉及操作系统、接口技术、汇编语言程序设计、C语言、硬件描述语言、数字电路及逻辑、网络编程、数据库等，对师资水平、实验设备要求较高。

现场可编程门阵列(FPGA) 是1985年由美国Xilinx公司首先推出的一种新型的PLD，其规模大、集成度高、灵活性强、实现的逻辑功能更广，因此已逐步成为复杂数字硬件电路设计的首选。

随着科学技术的飞速发展，系统向着高速度、低功耗、低电压和网络化、移动化方

向发展，人们对电路的要求越来越高，传统单一功能的集成电路很难满足发展的需求，而CPLD/FPGA可以方便地通过对逻辑结构的修改和配置，完成对系统和设备的升级。掌握FPGA技术有利于电子设备的更新换代，增加其技术含量，提高产品的竞争力。FPGA的应用领域不断扩大，已成为现代电子系统设计工程师们需要掌握的重要器件之一，社会对熟练掌握FPGA器件开发的高素质大学毕业生需求量每年都在增加。正是由于以上背景，很多院校都在加强FPGA课程的建设，从而提高学生利用FPGA 器件进行应用和开发的熟练程度和实践能力[1]。

嵌入式系统的实现从硬件的角度分类主要有以下几种形式：嵌入式处理器、微控制器(又称单片机)、DSP处理器和嵌入式片上系统(SOC)/片上可编程系统(SOPC)。对于较复杂的系统，往往采用微控制器+FPGA(可编程逻辑器件)，或微控制器

+DSP+ FPGA等方案，同时FPGA设计技术又是SOC/SOPC的基础，而

SOC/SOPC代表嵌入式系统发展的方向，因此，培养熟练掌握FPGA技术的嵌入式系统应用型人才意义重大，是学校紧跟社会发展趋势、培养满足社会需求的嵌入式人才的重要途径。

目前，不少高校都开设了FPGA相关的课程。由于起步较晚，课程还不够成熟，从基于FPGA技术的嵌入式系统人才培养的角度，也存在许多问题。课程设置缺乏系统性，相应课程没有开设或开设学时太少，先后的课程内容衔接不上，严重影响教学效果。以我校为例，2006版培养方案中，与FPGA技术相关的课程只开设Verilog语言设计和SOPC原理及应用两门课，而FPGA器件的结构和原理，数字系统设计，SOC/SOPC的硬件系统结构及设计等内容课堂上无法讲授，学生对FPGA技术和SOPC 设计的掌握不系统也无法深入。

另外通过FPGA的灵活应用，学生能够感知到学习理论基础知识的必要性，让他们在学到知识的同时，体会知识的实用性，增强学习的成就感，以便激发他们进一步对知识探索的渴望和追求。