面向嵌入式片上系统的应用类课程教学改革与实践

徐湛

【摘要】本文针对研究生应用类课程《通信系统软硬件协同设计》，以培养高素质、高水平的应用型人才为指导思想，研究分析該类课程在培养学生实践能力方面的特点，推行软硬件相结合的课程教学，探索了基于嵌入式片上系统的多元化课程设计方法，充分借助智能硬件领域提供的多形态、多模式的智能硬件平台以及公有云资源平台以培养学生的动手能力和创新实践能力。

【关键词】嵌入式片上系统 软硬件协同设计 实践教学

【基金项目】北京信息科技大学2017年研究生教育质量工程类项目（5121724104）资助。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）03-0229-01

一、引言

目前，很多高校在研究生培养中也开设了一些应用实践类课程，其目的是培养学生具备自主学习、研究创新、解决复杂工程问题的实践能力。其中《通信系统软硬件协同设计》是面向信息与通信工程专业研究生开出的一门专业基础课，特点是软件与硬件知识相结合、基础知识与实践相互支撑。培养目标是围绕电子信息与通信产业需求，发挥多学科交叉优势，通过学科专业的支撑和配合、实践环境和条件的综合利用，培养不仅掌握本领域坚实的基础理论，还具有较强的解决工程实际问题能力的优秀人才，有利于提高学生的工程实践和创新能力。

随着大规模集成电路设计的普及，在一个硅片上可以实现一个复杂系统，这就是嵌入式片上系统（System on Chip，SOC）[1]。2016年Xilinx公司甚至推出了集成射频模块的解决方案RFSoC[2]，该芯片的出现意味着软件无线电技术得到了进一步的提升，打破了以往射频和基带处理必须分离进行设计的传统，有望推动整个产业界的变革，实现真正意义上的软件无线电的终极目标[3]。

该类课程传统教学往往忽视了学生的学科特点和专业基础，导致学生很难系统地掌握通信系统软硬件设计的开发方法。特别在研究生教育方面，如果还延续本科传统的嵌入式教学方法进行讲授，达不到理想的教学效果。对于《通信系统软硬件协同设计》课程教学，如何合理选择课程教学内容，采取更为有效的教学方式，培养真正掌握基于片上系统的软硬件协同设计开发技能、符合社会需求的高层次人才成为非常重要的研究课题。

二、硬件相结合的课程教学

由于通信系统设计涉及知识综合性较强，应该根据学生所在的专业综合考虑，选择相应的教学内容及教学方法。具体研究思路如下：

（1）教学内容与时俱进。授课内容以嵌入式片上系统作为主要设计平台，在课程教学中结合通信业内最前沿的研究进展，培养学生解决实际问题的能力。为此要对教学内容进行剪裁，对重要知识进行重点教学，其他内容进行拓展教学，在此基础上，结合学科特点进行案例教学。

（2）软硬件相结合的教学设计。随着智能硬件等技术的发展，软硬件开发的一体化趋势日益显现，软硬件协同设计成为发展趋势。本项目拟采用自上而下的设计思路指导这类课程的教学，使得学生充分认识软硬件设计方法，深刻理解软件可重构，硬件智能化的概念。

（3）讲授与实验一体化的教学方法。《通信系统软硬件协同设计》课程是一门应用类课程，因此教学和实践必须紧密结合才能获得更好的教学效果[4]。为此，可以将实验室和课堂教学有机整合，借助智能硬件领域提供的多形态、多模式的智能硬件平台以及公有云资源平台、实行讲授与实验一体化的教学。让学生了解完整通信系统的设计流程与工作机理，通过实际动手操作来学习硬件的体系结构和系统软件的原理。

三、基于嵌入式片上系统的多元化课程设计

通过在我校实施《通信系统软硬件协同设计》课程建设，引入软件与硬件相结合的设计思想；让学生了解一个完整基于片上嵌入式系统的软硬件协同设计流程与工作机理，通过实际动手操作来学习硬件的体系结构和系统软件原理。具体包括：

（1）根据不同应用场景及选择的不同开发板及器件，设计基于云平台的智能硬件大作业，并指导学生完成。教学大纲、PPT课件、大作业的题目及优秀学生作品等共享在网站上。

（2）课程开设期间组织开放性的技术分享活动，由企业技术专家与学生一起分享项目及最新技术。

四、结论

本文通过将嵌入式片上系统的知识点进行系统梳理，引入软件与硬件相结合的设计思想；充分利用智能硬件平台、多媒体及云端网络资源，将实验室和课堂教学有机整合，实行了讲授与实验一体化的教学，取得了教学效果的显著提高。

参考文献：

[1]陈扶辛， 康秀光， 陈钢.浅析嵌入式片上系统设计技术[J]. 黑龙江科技信息， 2007（10S）：51-51.

[2]单祥茹. 备战5G， 赛灵思RFSoC实现颠覆性技术突破[J]. 中国电子商情·基础电子， 2017（3）：17-18.

[3]肖维民. 软件无线电综述[J]. 电子学报， 1998， 26（2）：65-70.

[4]聂晓文，肖堃，陆庆. 嵌入式课程实验体系教学改革探讨[J]. 实验科学与技术，2010，（2）： 78-80.