基于片上系统设计导论的项目化教学探讨

贺利军　周前能　杨虹

摘 要 本文针对《片上系统（SoC）设计导论》课程的理论教学中出现的问题，根据社会对集成电路设计人才的需求，结合该门课程的教学内容和教学计划，对该门课程进行项目化教学探讨。

关键词 片上系统设计导论 集成电路设计 项目化教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）17-0010-02

随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管，已经发展到片上系统SoC（System on Chip）。现代片上系统（SoC）是利用IP核（Intellectual Property Core）复用和深亚微米技术，采用软件和硬件结合的设计和验证方法，在一块芯片上实现复杂的功能。它广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其应用领域的市场应用结构如图1所示。

图1 2013年集成电路设计市场应用结构

图2 2008-2014年集成电路行业的产值

2008年以来，我国集成电路产业总产值从2107亿元增长到2915亿元。2014年，据国家统计局统计，共生产集成电路1015.5亿块，同比增长12.4%，增幅高于上年7.1个百分点；集成电路行业销售产值同比增长8.7%，增幅高于上年0.1个百分点。集成电路行业的产值如图2所示。

近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对人才的需求在不断增加。据权威机构报道，2010年以来，中国IC产业对设计工程师的需求将达到30万人以上，并且逐年增加，但目前国内实际人才数量相较于需求远远不够。高校是人才培养的摇篮，但高校大多数教授基础概念，并了解基本的设计流程和设计方法，远不能满足行业的要求。

针对这一现象，《片上系统（SoC）设计导论》课程将结合《固体物理》《半导体物理》《数字集成电路设计》《模拟集成电路设计》《VHDL语言》等多门课程，以项目化教学的形式进行教学，并且对其进行探讨。

一、采用项目化教学改善学生只会理论、不会设计的现状

（1）解决SoC设计与相关课程之间的内部联系，教学内容主要涉猎到相类似的部分，通过将一个大项目分解成几个小项目，通过逐渐加大项目的难度，使学生在项目中逐渐加深了对知识点的理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的SoC设计概念。例如通过对矩阵加法器的项目分解如下几个小项目来实现，具体项目如图3所示。通过这些项目设计过程完整地训练，既培养了较强的SoC设计能力，还提升了学生的择业面。

图3 项目流程图

（2）项目中会先有示例，然后引导学生对分解的小项目做设计，熟悉设计流程和设计方法，而且解决了理论教学与实践教学相脱节的问题，转变了传统的理论教学方式，达到较好的教学效果。

二、 通过PDCA戴明环的方式改善设计的产品不能用的问题

（1）在SoC设计的过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生的综合素质，逐步锻炼和培养学生的自主学习、团结协作等能力。

（2）结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整，在基础层上让学生边学边做，在单个简单的模块中进行训练，最后实现复杂的项目要求的功能，达到SoC设计能力的提高。

通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学方法，对教学内容和教学计划进行合理和高效的修改。PDCA戴明环如图4所示。

图4 PDCA循环

三、小结

教师指导学生设计一个完整的项目，其中包括需求、硬件设计、软件设计、验证等部分。学生不仅掌握了基本概念，也提高了设计实践能力，更提升了团队意识。《片上系统（SoC）设计导论》课程项目化教学改变了传统的理论课教学方式，以目标为导向，以设计作为考核标准，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践齐头并进，缩短了与集成电路设计人才的距离。

参考文献：

[1] 陈超，王心一，王成华. 基于PSoC的实验教学平台开发[J]. 实验室研究与探索， 2010，29（10）：110-113.

[2] 马仁杰，王荣科，左雪梅等. 管理学原理[M]. 北京：人民邮电出版社，2013，（9）.

[3]周殿凤.片上可编程系统项目化教学探讨[J].轻工科技， 2013，（5）：190-191.

[4] 张丽霞.可编程片上系统项目化教学设计探讨[J]. 电子世界， 2014，（3）：178.

基金项目：（1）重庆市高等学校教学改革研究重点项目（132014）； （2）重庆市高等教育学会2013-2014年高等教育科学研究课题（CQGJ13C446）；（3）重庆市教育科学“十二五”规划课题（2014-GX-006）。

（责任编辑 曾 卉）