面向嵌入式片上系統(tǒng)的應(yīng)用類課程教學(xué)改革與實(shí)踐

徐湛

【摘要】本文針對(duì)研究生應(yīng)用類課程《通信系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)》，以培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的應(yīng)用型人才為指導(dǎo)思想，研究分析該類課程在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力方面的特點(diǎn)，推行軟硬件相結(jié)合的課程教學(xué)，探索了基于嵌入式片上系統(tǒng)的多元化課程設(shè)計(jì)方法，充分借助智能硬件領(lǐng)域提供的多形態(tài)、多模式的智能硬件平臺(tái)以及公有云資源平臺(tái)以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

【關(guān)鍵詞】嵌入式片上系統(tǒng) 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 實(shí)踐教學(xué)

【基金項(xiàng)目】北京信息科技大學(xué)2017年研究生教育質(zhì)量工程類項(xiàng)目（5121724104）資助。

【中圖分類號(hào)】G42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）03-0229-01

一、引言

目前，很多高校在研究生培養(yǎng)中也開設(shè)了一些應(yīng)用實(shí)踐類課程，其目的是培養(yǎng)學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)、研究創(chuàng)新、解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。其中《通信系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)》是面向信息與通信工程專業(yè)研究生開出的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，特點(diǎn)是軟件與硬件知識(shí)相結(jié)合、基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐相互支撐。培養(yǎng)目標(biāo)是圍繞電子信息與通信產(chǎn)業(yè)需求，發(fā)揮多學(xué)科交叉優(yōu)勢(shì)，通過學(xué)科專業(yè)的支撐和配合、實(shí)踐環(huán)境和條件的綜合利用，培養(yǎng)不僅掌握本領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論，還具有較強(qiáng)的解決工程實(shí)際問題能力的優(yōu)秀人才，有利于提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的普及，在一個(gè)硅片上可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這就是嵌入式片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）[1]。2016年Xilinx公司甚至推出了集成射頻模塊的解決方案RFSoC[2]，該芯片的出現(xiàn)意味著軟件無線電技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升，打破了以往射頻和基帶處理必須分離進(jìn)行設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)，有望推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)界的變革，實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟件無線電的終極目標(biāo)[3]。

該類課程傳統(tǒng)教學(xué)往往忽視了學(xué)生的學(xué)科特點(diǎn)和專業(yè)基礎(chǔ)，導(dǎo)致學(xué)生很難系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的開發(fā)方法。特別在研究生教育方面，如果還延續(xù)本科傳統(tǒng)的嵌入式教學(xué)方法進(jìn)行講授，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。對(duì)于《通信系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)》課程教學(xué)，如何合理選擇課程教學(xué)內(nèi)容，采取更為有效的教學(xué)方式，培養(yǎng)真正掌握基于片上系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)開發(fā)技能、符合社會(huì)需求的高層次人才成為非常重要的研究課題。

二、硬件相結(jié)合的課程教學(xué)

由于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及知識(shí)綜合性較強(qiáng)，應(yīng)該根據(jù)學(xué)生所在的專業(yè)綜合考慮，選擇相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法。具體研究思路如下：

（1）教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)。授課內(nèi)容以嵌入式片上系統(tǒng)作為主要設(shè)計(jì)平臺(tái)，在課程教學(xué)中結(jié)合通信業(yè)內(nèi)最前沿的研究進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。為此要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行剪裁，對(duì)重要知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)，其他內(nèi)容進(jìn)行拓展教學(xué)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行案例教學(xué)。

（2）軟硬件相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)。隨著智能硬件等技術(shù)的發(fā)展，軟硬件開發(fā)的一體化趨勢(shì)日益顯現(xiàn)，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)成為發(fā)展趨勢(shì)。本項(xiàng)目擬采用自上而下的設(shè)計(jì)思路指導(dǎo)這類課程的教學(xué)，使得學(xué)生充分認(rèn)識(shí)軟硬件設(shè)計(jì)方法，深刻理解軟件可重構(gòu)，硬件智能化的概念。

（3）講授與實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)方法?！锻ㄐ畔到y(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)》課程是一門應(yīng)用類課程，因此教學(xué)和實(shí)踐必須緊密結(jié)合才能獲得更好的教學(xué)效果[4]。為此，可以將實(shí)驗(yàn)室和課堂教學(xué)有機(jī)整合，借助智能硬件領(lǐng)域提供的多形態(tài)、多模式的智能硬件平臺(tái)以及公有云資源平臺(tái)、實(shí)行講授與實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)。讓學(xué)生了解完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程與工作機(jī)理，通過實(shí)際動(dòng)手操作來學(xué)習(xí)硬件的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件的原理。

三、基于嵌入式片上系統(tǒng)的多元化課程設(shè)計(jì)

通過在我校實(shí)施《通信系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)》課程建設(shè)，引入軟件與硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想；讓學(xué)生了解一個(gè)完整基于片上嵌入式系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)流程與工作機(jī)理，通過實(shí)際動(dòng)手操作來學(xué)習(xí)硬件的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件原理。具體包括：

（1）根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景及選擇的不同開發(fā)板及器件，設(shè)計(jì)基于云平臺(tái)的智能硬件大作業(yè)，并指導(dǎo)學(xué)生完成。教學(xué)大綱、PPT課件、大作業(yè)的題目及優(yōu)秀學(xué)生作品等共享在網(wǎng)站上。

（2）課程開設(shè)期間組織開放性的技術(shù)分享活動(dòng)，由企業(yè)技術(shù)專家與學(xué)生一起分享項(xiàng)目及最新技術(shù)。

四、結(jié)論

本文通過將嵌入式片上系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，引入軟件與硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想；充分利用智能硬件平臺(tái)、多媒體及云端網(wǎng)絡(luò)資源，將實(shí)驗(yàn)室和課堂教學(xué)有機(jī)整合，實(shí)行了講授與實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)，取得了教學(xué)效果的顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳扶辛， 康秀光， 陳鋼.淺析嵌入式片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[J]. 黑龍江科技信息， 2007（10S）：51-51.

[2]單祥茹. 備戰(zhàn)5G， 賽靈思RFSoC實(shí)現(xiàn)顛覆性技術(shù)突破[J]. 中國(guó)電子商情·基礎(chǔ)電子， 2017（3）：17-18.

[3]肖維民. 軟件無線電綜述[J]. 電子學(xué)報(bào)， 1998， 26（2）：65-70.

[4]聶曉文，肖堃，陸慶. 嵌入式課程實(shí)驗(yàn)體系教學(xué)改革探討[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，（2）： 78-80.