龙惠民　刘桂华　徐峰

摘要：通过对多个专业的学生前修课程知识点和学生培养方案的分析，本文提出FPGA技术教学可分为三个阶段，按步骤、有目标地进行。合理设计各阶段的设计课题，明确各个课题应该达到的教学目的，由浅入深，由小模块设计到较大系统设计的逐步推进，力图保持学生的学习兴趣，为学生的后续专业课学习打下良好基础。

关键词：FPGA；分阶段；实践环节设计

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）04-0150-02

随着微电子技术的发展，FPGA芯片的可编程逻辑资源更加丰富，性价比得到极大提升，FPGA成为实现数字电路系统的重要平台[1]。FPGA技术也成为《数字电子技术》等基础课程的内容，是电子类相关专业的重要基础课[2]。由于课程在大二、大三的时候开设，学生的专业素养不够深厚，学生较难理解这门课在培养方案，职业发展中的位置、作用。

FPGA技术是实践性很强的课程[3]，在实践环节的设计上，既要能引导学生顺利过渡到FPGA的学习，也要培养工程设计基本功，为后续专业课程打下良好基础。根据学生专业基础和专业方向的不同，可分为三个阶段进行工程训练。

1 第一阶段

任务：前修课程过渡到FPGA；熟悉EDA软件；理解FPGA实现基本原理。

FPGA教学中采用门级建模，HDL描述的方式引导学生以FPGA为平台，设计在《数字电子技术》实验中用分离元器件搭建的电路，让学生体会到FPGA设计的简便、可靠、集成化。

为熟练操作EDA软件，教师以课堂演示、带领学生设计的方式，以课堂练习、课后设计作业的形式进行教学。设计题目见表1。

学生容易理解语句顺序执行的概念，但Verilog HDL作为硬件描述语言，其执行带有并行特性，分析FPGA芯片的主要组成单元：查找表（LUT），可编程连线，可编程端口的具体电路，帮助学生理解这一概念。

2 第二阶段

是FPGA进阶设计训练阶段，根据各个专业共同理论基础，设计课题。

学生具有初步的HDL语法知识和设计经历，但对采用“自顶向下”设计方法，进行较复杂任务的分析，还经常停留在“无从下手”的阶段，编程能力，编程风格也还需培养。

以一周一个设计题目的形式布置设计题，设计参考题目见表2。

以序列检测模块设计为例，说明本阶段设计的训练目标。

设计要求：给定一个8比特数据，当串行数据与给定数据一致，flag输出置1，否则置0。题目分析要点：

（1）题目背景：串行传输序列的同步字节是传输协议中定位数据的重要标识。（2）有限状态图的绘制：面对各种可能的串行输入数据，按给定数据绘制状态转换图。（3）硬件测试方案设计。系统图如图1。

数据读出模块：例化ROM IPCore，为后续模块提供串行数据。串行检测模块：实现有限状态转移图。数码管显示模块根据检测模块输出的结果，驱动数码管显示。

这个实验让学生经历较复杂系统的完整设计流程，使设计能力更上新台阶。

3 第三阶段

根据不同专业的需求，建设有专业特点的FPGA课程设计体系，使FPGA技术与专业学习有效的结合。设计参考题目见表3。

以基于DVB-S的信道编码技术实现为例，阐述本阶段的训练目标。

设计要求：用FPGA实现DVB-S标准的信道编码。即：实现扰码，RS编码，卷积交织，卷积编码级联的系统。

设计步骤：理解四种编码技术；在matlab环境里进行算法实现，确认对算法理解的正确性，为FPGA设计提供仿真数据；学生四人一组，分别完成四种编码模块的设计；例化子模块，构成系统，用matlab提供的输入、输出数据，验证设计的正确性。

通过这个实验，通信专业的学生可以更好理解《通信原理》中的信道编码理论，熟悉用matlab进行通信系统仿真，深入理解FPGA对通信系统实现的支持，锻炼FPGA设计能力与团队合作工作能力。

4 结语

按照以上三个阶段的分解，在《FPGA技术》课程上进行第一，第二阶段的学习，在课程设计环节进行第三阶段的训练。这种结合学生实际学习情况的教学设计，能有效引导学生过渡到FPGA学习中，帮助他们保持良好的学习兴趣；促进他们自己编写、调试代码，逐步掌握FPGA技术，为后续专业课的学习打下良好的基础。

参考文献

[1]刘桂华，罗亮.基于FPGA 的现代数字系统设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2012.

[2]潘松，黄继业，潘明.EDA 技术实用教程（ Verilog HDL 版）[M].北京：科学出版社，2013.

[3]薛礼妮，崔维新. 基于FPGA的通信系统设计性实践教学[J].電气电子教学学报，2009：86-87.