《现代EDA技术及应用》课程教学大纲 - 张俊涛

《现代EDA技术及应用》课程教学大纲课程编号：英文名称：ModernEDATechnologyandApplications课程性质：专业类学时/学分：32/2先修要求：数字电子技术基础/数字电路与逻辑设计课程负责人：张俊涛教材和参考教材信息：（1）教材：张俊涛，陈晓莉.现代EDA技术及应用.清华大学出版社，2022.（2）推荐参考教材：[1]刘睿强等编者.VerilogHDL数字系统设计与实践.电子工业出版社，2014.[2]赵吉成等编著.XilinxFPGA设计与实践教程.西安电子科技大学出版，2012.[3][美]RichardE.Haskell等著.FPGA数字逻辑设计教程-Verilog.电子工业出版社，2010.一、课程目标(1)课程教学目标《现代EDA技术及应用》是电子信息类和计算机类专业的一门专业技术课。在学习了《数字电子技术基础》或者《数字电路与逻辑设计》课程的基础上，讲述应用硬件描述语言和可编程逻辑器件设计数字系统的新方法，培养学生掌握数字系统设计新技术，为从事集成电路设计、数字信号处理以及软件无线电等相关领域的工作打下基础。本课程通过课程教学和实践环节，培养学生：（1）掌握硬件描述语言，具有应用VerilogHDL描述典型数字电路与系统和进行仿真验证的基本能力；（2）掌握宏功能IP核的应用，具有应用宏功能IP构建典型数字系统的能力；（3）掌握状态机设计方法，具有应用状态机描述复杂数字系统的能力；（4）掌握可编程片上系统的软硬件设计方法，具有应用SOPC设计实现嵌入式系统的能力；（5）通过查找文献资料，能够对设计方案的可行性、经济性和先进性等进行分析和论证，具有确定最终设计方案的能力。通过上述能力的培养，使学生能够以适应和满足现代信息社会对电子信息系统设计、开发和测试的需求。具体为：培养学生掌握电子系统自顶向下和层次化设计方法，提高电子信息领域实际问题分析和设计的能力。培养学生综合运用硬件描述语言、基本功能模块和IP核的应用、以及状态机的设计等知识，分析和设计复杂数字系统的能力。培养学生能根据系统的功能和指标要求，对采用的技术与方法、系统的组成结构与规模、成本与时间、可能带来的社会影响等进行分析，并对解决方案的可行性和合理性进行确认的能力。培养学生综合运用电子信息工程专业知识，完成系统规划、硬件设计、软件编程等系统性设计工作，在设计过程中体现一定的创新性，并能考虑健康、安全、环境等多种非技术因素的影响。通过课程实践环节中的数字系统设计项目，培养学生分工合作、交流协调、共同研讨等团队合作精神与能力。通过课程讨论、问题回答、设计报告等环节，培养学生表达观点和问题解决思路的能力。能过本课程的学习，体会到课程在专业综合能力培养中的重要性，能够充分利用网络资源，不断学习和拓展知识、强化应用能力。(2)教学目标与毕业要求指标点对应关系表毕业要求支撑的课程目标毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电子信息工程专业相关的复杂工程问题。1.1掌握数学、物理以及自然科学基本原理、基本方法，具备应用数学、物理以及自然科学基本原理、基本方法对于实际问题形成科学认知，并进行建模、求解的能力。1.2掌握工程领域基本原理、基本方法，具有应用工程基本知识和基本原理进行电子信息领域实际问题表达、分析、设计和初步研究的能力。11.3掌握电子信息工程领域专业基础知识，具有应用专业基础知识解决电子信息工程领域基本工程问题的能力。1.4掌握电子信息工程领域专业知识，具有综合运用专业相关知识解决电子信息领域复杂工程问题的能力。2毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析电子线路、信息与通信等系统中的复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够将数学、自然科学和电子信息工程专业基本原理综合的用于识别、表达、解释电子信息工程领域复杂工程问题。2.2能够将电子信息领域复杂工程问题分解为若干相对比较简单的组成部分，剖析各组成部分之间的相互关系，并确定影响复杂工程问题解决的主要因素。32.3能够结合文献研究，比较论证复杂工程问题的多种解决方案，通过信息综合得出有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案：能够设计针对电子信息领域复杂工程问题的解决方案，能够综合运用电子信息理论和技术手段设计满足特定需求的电子信息应用系统或产品功能部件、流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。3.1能够针对特定的复杂工程问题，设计开发满足需求的电子信息功能部件、测试方案或者流程，并具有一定的创新性。3.2综合运用电子信息工程专业知识，根据具体产品或者应用系统提出设计开发解决方案，并具有一定的创新性。43.3能在设计开发过程中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对解决复杂工程问题的影响。4毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法，对电子信息工程专业复杂工程问题进行研究，包括建立模型、设计实验、实验数据的分析与解释等，并通过信息综合得到合理有效结论。4.1能够基于工程原理和科学方法，针对本专业相关的复杂工程问题，设计实验方案，开展相关实验。4.2能够采用本专业相关的理论和方法，对实验数据进行分析、处理。4.3能够对实验结果进行分析和研判，通过信息综合得出解决本专业复杂工程问题的有效结论。毕业要求5：使用现代工具：能够针对电子信息领域的复杂工程问题，具有使用信息技术工具选择恰当的技术、资源，开发、选择并合理使用相关的计算机辅助设计工具、软硬件设计平台与模拟仿真平台，以及选择和使用现代电子仪器设备的能力，并理解其局限性。5.1能够针对给定问题综合运用各种手段和工具检索工具查阅中外文献，合理、恰当选择问题解决所需要的技术、资源。5.2能够针对电子信息领域复杂工程问题，开发、选择并合理使用计算机辅助设计、模拟仿真软件、软硬件设计开发平台等工具软件，并理解其局限性。5.3能够针对本专业复杂工程问题选择并合理使用现代工程仪器进行电子测量和测试等工作。毕业要求6：工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价电子信息专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解电子信息领域相关的技术标准、知识产权、产业政策、法律法规。6.2能够评价电子信息领域产品生产过程和生产设备对客观世界和社会的影响。6.3能正确认识、评价电子信息领域新产品、新技术的开发和应用对于客观世界和社会的影响。毕业要求7：环境和可持续发展：能够认识、理解和评价电子信息领域的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解国家的可持续发展战略及相关的政策和法津、法规。7.2能理解、评价电子信息领域工程实践对于环境和社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在电子信息领域的工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养、社会责任感，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2具有良好的心理素质，理解个人在历史以及社会、自然环境中的地位。8.3能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。毕业要求9：个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1能够正确认识多学科团队对复杂工程问题的工程实践的意义和作用。9.2能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.3具有较强的团队协作意识，能领会和综合他人意见和提议。5毕业要求10：沟通：能够就电子信息领域复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1至少掌握一种外语应用能力，能够阅读本专业外文文献资料，能够使用技术语言，在跨文化环境下进行沟通与表达。10.2能就复杂工程问题通过文稿或发言，准确明了的表达自我的想法和目标。610.3对电子信息技术领域及其相关行业的发展具有一定的认识，并能就专业领域相关技术应用趋势发表自己的看法。毕业要求11：项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在电子信息工程实践活动中应用。11.1理解电子信息工程活动中涉及的重要经济与管理因素，掌握基本的工程管理原理与经济决策方法。11.2具有在工程实践活动中应用工程管理和经济决策知识的基本能力。毕业要求12：终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1具有良好的身体素质和健康的心理素质。12.2具有自主学习和终身学习的意识。712.3具有不断学习和适应发展的能力。二、教学目标对应的主要教学内容和教学方法序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程目标对应毕业要求1EDA技术简介1.明晰学习EDA技术的必要性（2学时）；2.熟悉EDA技术的应用要素；3.了解电子系统的设计方法；4讲授1、71.2，12.22VerilogHDL基础掌握模块的基本结构和语言要素；掌握VerilogHDL运算符与操作符掌握模块功能的三种描述方法；掌握层次化设计方法。熟悉testbench的编写。6讲授2、31.2，1.4，2.23QuartusPrime的应用1.掌握EDA设计的基本流程；2.掌握原理图设计方法；3.掌握仿真方法；4.掌握逻辑分析仪的应用。5讲授、演示2、3、41.2，1.4，2.2，3.23.34常用数字器件的描述熟悉常用组合电路描述；熟悉常用时序电路描述；掌握分频器的描述及应用；掌握ROM的描述及应用。4讲授、练习1、2、3、41.2，1.4，2.2，3.2，3.35IP的应用1.熟悉QuartusPrime基本功能模块；2.掌握IP定制方法；3.学会基于IP设计数字系统。4讲授、练习1、2、3、41.2，1.4，2.2，3.23.36状态机的设计及应用1.熟悉状态机设计方法；2.掌握三段式状态机的描述方法；3.学会应用状态机描述复杂数字系统。4讲授、练习1、2、3、41.2，1.42.2，3.23.37EDA技术深入应用熟悉Verilog代码设计规范；熟悉数字系统设计的基本原则。掌握时序分析方法与异时序的处理方法；熟悉VerilogHDL数值计算方法。0自学8片上系统设计1.熟悉片上系统的基本概念；2.熟悉SOPC开发流程3.掌握NiosII系统的构建；3.掌握应用程序开发与调试。4项目驱动法2、3、5、61.4，2.29.3，10.2三、教学方法（1）本课程为技术课，实践性强。在教学过程中，将课程的概念和要点贯穿于数字电路与系统的设计案例中，通过完成应用案例来加强学生分析问题和解决问题的能力。（2）在教学过程中采用讲、学、做多种教学方法。讲述EDA技术的相关概念和Verilog语言，学习开发环境的应用，采用项目驱动法，通过做实际项目提高应用能力。（3）为了加深学生对课程内容的理解和掌握，要求学生在线学习、完成应用项目的形式对所学知识进行整理、概括、消化和吸收。（4）在教学工程中，通过学生分组来进行系统设计方案的讨论，分组完成电子系统设计项目化训练，培养学生的团队精神和协作能力，使学生体会团队的力量。四、课程的考核内容和考核方式课程的总成绩由平时成绩、作业和应用项目的完成情况和考试成绩三部分构成。平时成绩主要评价学生在线学习、课堂讨论的参与程度及表现出的理解、思维、表达、创造性等方面的能力；作业和应用项目则是对学生项目实现的情况进行综合评价；考试成绩是对学习掌握本门课程的基本概念，语言要素，实践能力和应用能力的综合评价。成绩组成比例考核类型及要求考核/评价规则对应课程目标对应毕业要求平时成绩20%在线学习、课堂讨论和表现根据学习在线学习，课堂讨论的参与程度，表现出的理解、思维、表达、创造性等方面的能力。1、2、3、4、5、6、71.21.42.23.23.39.310.212.2实验和应用项目成绩30%实验任务和应用项目训练主要考核学生完成基本实验任务，以及完成应用工程顶目情况。2、31.42.2考试50%