《FPGA应用开发技术》课程新标准

[FPGA应用开发实用技术]课程标准（2023）文号：[2023]***号适用范围：代码：类型：B类属性：专业课性质：必修课学分：4建议学时：64难度：31课程描述（Course）本课程设计以职业教育新要求为切入点，以服务为宗旨，以就业为导向，以提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力为目标，以职业能力培养为重点，结合企业实际工作业务流程设计和开发教学内容。《FPGA应用开发实用技术》是高等院校工科本科电子、信息类专业一门重要的专业课程。是我校应用电子学院微电子专业的核心技能课程。课程一般开设于第4学期。本课程系统地介绍FPGA的基本知识、常用的FPGA开发工具的使用方法和目标器件的结构原理，让学生初步掌握在ISE开发平台中利用FPGA设计开发的能力；熟练掌握设计输入方法、HDL设计优化，能进行基于FPGA技术较典型设计项目的开发设计。通过本课程的学习，可以使学习者明确FPGA及SOPC开发领域的工作面向、岗位要求及知识能力标准。2学习者设定（Learner）学习目标：●情感/态度：培养学生学习的兴趣、树立学生的自信心，锻炼学生克服困难的意志，同时使学生认识自己的优势和不足，养成勇于探究的求知精神、务实严谨的工作态度、健康向上的优良品格、与人合作的团队精神。在教学过程中，采用翻转课堂教学、案例教学等方法。通过本课程的学习使学生掌握FPGA设计开发的基本技能，结合相应的实际案例，与现实紧密结合，鼓励学生积极参与案例分析。也注重理论新颖性，使本课程具有观念新、易学习的特点。还注重趣味性，密切结合高职学生的特点，开放意识、训练意识、互动意识、交流意识，使学生真正成为学习的主人、课堂的主人，获得应有的收获。●专业知识：能够了解EDA技术应用对象、优势及发展趋势、选取FPGA芯片会FPGA设计流程、能使用ISE软件、会HDL文本输入、原理图输入方式掌握HDL基本语法及应用、能使用数据对象、语句等具有分析和解决常见的宏功能模块应用实际问题的能力能应HDL设计数字系统会基于FPGA的开发流程设计理解可编程逻辑器件的结构与可编程原理能将FPGA开发板与实验箱与主机的连接建立工作库文件和编辑原理图设计文件、创建工程编译前参数设置及全程编译、编译报告分析、功能测试约束文件编写与引脚分配引脚锁定和配置文件下载、层次原理图文件设计能设计流水线乘法累加器、逻辑数据采样电路能应用在系统存储器数据读写编辑器能设计简易正弦信号发生器、能使用嵌入逻辑分析仪。能应用ISE软件进行HDL文本输入会HDL结构和语法能利用HDL设计多路选择器、寄存器、全加器、计数器会HDL语言中常量、变量、信号的应用能利用HDL设计分频器能利用IP核调用ROM、RAM、乘法器能设计双向和三态电路、IF语句的结构及应用、进程语句格式、组成和使用要点掌握有限状态机的一般结构会设计Moore型有限状态机会设计Mealy型有限状态机及状态编码和非法状态处理创新创业能力：创新创业基础、在HDL与ISE开发环境的基础上，了解可编程逻辑器件业界环境，进一步学习嵌入式、SOPC等知识、以现有能力开发一些实际项目、参加大赛等、还可以让学生参与创新发明，了解更多新技术热点●专业技能： 能够根据产品性能指标要求正确选择开发芯片SOPC3000实验箱的使用 熟练应用ISE软件进行原理图输入 能编译前参数设置及全程编译及编译报告的分析 引脚锁定和配置文件下载、开发板实验箱与主机的连接能力 熟练使用软件的宏功能模块进行电路设计的方法 掌握各种宏功能模块的参数设置 掌握应用ISE软件进行HDL文本输入的方法 掌握HDL语言源程序编写方法HDL与原理图混合输入编辑方法 能应用HDL语言中的数据对象、HDL中高阻态的表示方法 掌握双向和三态电路设计方法、IF语句的结构及应用、CASE语句的结构及结构化过程语句格式、组成和使用要点 了解有限状态机的概念和一般结构、Moore型和Mealy型状态机的设计方法 了解状态编码的方法、非法状态处理抢答器、表决器、数控分频器、信号发生器、频率计、时钟等综合实例设计前置条件：本课程需要学习者先完成所在专业基础平台中的数字电子技术、电子工艺、HDL硬件描述语言等课程的学习。3学习内容及其资源（Content）学习内容（建议学时）：64序号学习内容学时学习资源工作任务1：EDA技术概述及PLD简介811.1EDA技术概述（1）介绍EDA技术基本概念、了解EDA技术及其发展历程（2）EDA基本工具介绍和自顶向下设计方法。（3）EDA设计流程简介及发展趋势。221.2可编程逻辑器件简介（1）可编程逻辑器件发展历史简介（2）可编程逻辑器件分类（3）PLD的基本结构：与或阵列及查找表工作原理介绍231.3CPLD与FPGA结构简介（1）CPLD基本结构（2）FPGA基本结构（3）CPLD与FPGA的开发选择（4）Xilinx公司器件介绍4工作任务2：ISE开发环境及第三方软件操作1442.1ISE软件介绍与安装（1）ISE软件介绍（2）ISE软件的安装（3）ISE软件的操作界面简介252.2ISE工程建立与设计输入（1）ISE工程的建立（2）HDL代码设计输入（八位计数器）（3）原理图输入（4）IP核的调用462.3ISE工程综合、仿真（1）基于XST的ISE工程综合（2）基于ISESimulator的HDL仿真272.4ISE工程约束适配、下载（1）ISE工程约束、UCF文件的编写（2）基于ISE的实现（翻译、映射、布局布线）（3）使用IMPACT生成配置文件下载282.5第三方工具介绍（1）ModelSim6.2仿真软件使用（2）Synplify综合软件的使用4工作任务3：基本数字电路设计1693.1基于ISE的组合逻辑电路设计（1）基本逻辑门设计（2）编码器、译码器设计（3）数值比较器、数据选择器设计6103.2基于ISE的时序逻辑电路设计（1）时钟、复位信号介绍（2）移位寄存器设计（3）计数器设计（4）分频器设计8113.3状态机设计（1）有限状态机原理简介（2）四状态有限状态机设计2工作任务4：基于SOPC3000实验箱的综合实验26124.1基于实验箱的综合实验（1）数据选择器设计（2）七人表决器设计（3）四人抢答器设计

（4）基于IP核四位乘法器设计（5）数控分频器设计（1hz）（6）异步复位同步使能计数器设计（7）移位寄存器设计（8）有限状态机设计（9）基于状态机的流水灯设计（10）时钟及数码管驱动设计（10）双创内容:学生创新创业基础、EDA技术发展前景介绍、SOPC介绍、项目开发基础26学习材料：教材：4学习组织及其支持（Tactics）学习活动：按照ISE的设计流程来进行教学，围绕“布置任务、分析任务、探索知识、技能培养、实战演练、完成任务、拓展练习、提高技能”来组织安排内容。学习过程包括任务尝试、初步学习评估、理论知识学习、跟学案例（实战演练）、阶段学习评估（拓展练习及综合实验）等典型学习活动。教学团队：教学团队包括主讲教师等。学习空间：采用基于“理论实践一体化”方式的“FPGA实训室”作为课程学习空间，按照学生小组配置科瑞特SOPC3000实验箱、USB下载器和相应实验指导书。5学习评价（Evaluation）通过标准：本课程采用过程性考核的方式。教师依据学生在学习期间的纪律表现、学习态度、操作规范及平时任务完成情况等内容进行综合评定。⑴出勤占10%，课堂纪律占10%，操作规范占10%。⑵平时任务完成情况占70%。编制人（签名）教研室主任（签名）教学副院长（签名、盖章）[编写说明]“学习难度”按照1-5