EDA技能培训鉴定体系的研究

摘 要：本文探讨现代电子设计技能在当前电子产品设计中的作用，介绍了当前EDA技术，对于EDA技术培训内容进行了讨论，并对于EDA技能的鉴定内容进行了阐述，对于苏州职业大学在EDA培训中取得了成果进行了总结，指出进行EDA技能的培训与鉴定的重大意义。

关键词：现代电子设计； EDA技术； 培训； 鉴定

中图分类号：G434 文章标识码：A 文章编号：1006-3315（2011）7-132-002

一、引言

目前，现代电子设计技术在绝大部分的电子产品设计都有使用，世界著名的电子厂商每年都要招纳相关的人才。在公司招纳人才时总要进行相关的笔试与面试，经过调研，各大电子公司的笔试与面试题目基本都可纳入现代电子设计技能体系中。

现在各大高校特别是职业院校都看到了这个现象，所以每年的师资培训中，现代电子设计技能的培训都成为一项培训内容。怎么把这些进行的实用的电子设计方法介绍给在校学生或社会在职人员，这就需要一套体系严谨、内容全面、技术先进的培训与鉴定体系。苏州职业大学是最早把单片机、EDA技术融入高级工的培训当中，在2004年苏州职业大学进行高级工的培训开发工作，把单片机与EDA技术作为高级工培训的内容，这在全国的高级工培训中内容属于比较新的。

目前，现代电子设计方法中典型的设计方法就是运用EDA的设计方法。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等方面开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

为了有效得进行EDA技术的学习，各大高校基本开设了EDA技术的相关课程，但学生主要是注重理论知识的学习，实际硬件的联系不强，学生实际动手的机会不多，碰到像电子竞赛、公司单位面试这样与实际产品联系比较强的情况，学生往往不能很好的应答。而且对于已经工作的员工，他们如果想再进行EDA技术的培训的话，则比较注重实际电子产品设计技能的训练。

目前单片机的职业技能培训已经形成一个很好的体系，一些企业与当地的保障部门在单片机职业技能的培训方面做的很好，比如CETTIC单片机领域《“单片机C语言程序设计师”职业岗位培训合格证书》是由中华人民共和国劳动和社会保障部颁发的全国统一的证书，但在EDA培训鉴定体系中目前进行相关的官方的培训鉴定证书还没有，怎么很好进行培训鉴定体系的研究意义重大。

二、培训内容的选择

EDA技能的培训内容的选择往往要与实际的工作性质有关，要有一定的实践性，同时要与实际的电路产品相关，进行了理论教学与实际产品的开发相结合。相关的培训内容主要有如下几点。

1.硬件原理叙述

EDA技术设计电路系统主要采用的硬件为FPGA/CPLD器件，一般称为可编程逻辑器件。我们主要介绍FPGA/CPLD器件硬件结构现组成原理、常用的下载配置方式，对于目前市场上浒使用的FPGA/CPLD器件进行结构上的介绍，使学生在掌握EDA技术时同时了解对应的硬件结构。重点讲解Altera Cyclone系列FPGA芯片原理，该系列芯片原理从根本上针对低成本进行设计。这些低成本器件具有专业应用特性，例如嵌入式存储器、外部存储器接口和时钟管理电路等。Cyclone系列FPGA是成本敏感大批量应用的最佳方案。如果需要进一步进行系统集成，可以考虑密度更高的Cyclone II FPGA和Cyclone III FPGA。这些Cyclone新系列巩固了Altera在大批量、低成本应用方案中上的领先优势。

Cyclone FPGA是目前ASIC应用的低成本替代方案。系统设计人员将面临很多挑战，包括越来越大的成本压力和越来越复杂的设计，新出现的标准，以及越来越短的设计周期等。ASIC 开发涉及到大量的工程资源，设计仿真和验证，需要进行多次重制。利用其系统级集成功能，Cyclone FPGA系列避免了ASIC昂贵的NRE负担，降低了订购量和产品推迟带来的风险。采用Cyclone FPGA系列，大批量应用现在可以采用价格相当的可编程解决方案(与ASIC相比)。

新的市场发展趋势，例如世界标准、平台融合、交互性以及技术改进等，不断推动了对高性价比方案的需求。Cyclone系列FPGA的价格和功能满足了市场对创新的需求，通过产品迅速面市来确定领先优势。消费类、通信、计算机外设、工业和汽车等低成本大批量应用市场都可以使用Cyclone FPGA。

2.硬件描述语言的介绍

随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计CPLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言,语法较自由。VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog繁琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授Verilog。从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog HDL之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。

可以说，应用HDL语言的文本输入方法克服了上述原理图输入法存在的所有弊端，为EDA技术的应用和发展打开一个广阔的天地。这部分内容是EDA技术中的重点部分内容，EDA技术设计数字系统主要通过硬件描述语言进行数字系统的设计，其语言特点与普通的高级语言不一样，这部分要花一定的时间让学员学明白。

3.EDA工具软件的介绍

目前，ALTERA公司，九十年代以后发展很快，是最大可编程逻辑器件供应商之一。主要产品有：MAX3000/7000,FLEX10K,APEX20K，ACEX1K，Stratix，Cyclone等，开发软件为MAXPLUSII或QuartusII。XILIXN公司，是FPGA的发明者，老牌FPGA公司，是最大可编程逻辑器件供应商之一。产品种类较全，主要有：XC9500，Coolrunner，Spartan, Virtex等，开发软件为Foundation或ISE。Lattice是ISP技术的发明者，ISP技术极大的促进了PLD产品的发展，与ALTERA和XILINX相比，其开发工具略逊一筹。一般EDA工具软件选择QuartusII或ISE，根据使用的硬件是哪个商家的芯片来选择相关的EDA工具软件。

4.典型电路的介绍

这部分的培训内容主要包括常用的组合逻辑电路与常用的时序逻辑电路。组合逻辑电路是指电路任何时刻的输出信号仅取决于当时的输入信号，其输出的值由输入决定。在设计组合逻辑电路时，在进程中要包括所有的输入信号，以确保每一个信号的变化都要启动进程。常用的组合逻辑电路有编码器、译码器、比较器、三态门、加法器等。时序逻辑电路，即是指任何时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的工作状态，即与以前的输入信号及输出信号也有关系，主要有寄存器、计数器、存贮器等，通过对于这些典型电路的介绍，为学生在设计复杂数字系统时打下基础。该部分的内容主要以讲解与实际动手设计训练相结合，做到理论与实践的整合贯通。

5.相关案例的讲解

学员学习EDA技术目的主要是掌握设计数字系统，所以在EDA的培训中必须进行实际电路的案例的讲解，案例的选择一般选择市场上相关电子产品的原型作为相关的设计案例，同时选择在电子竞赛获奖的作品进行讲解，在整个培训中要注意重学员实际动手能力的培养。边讲边练，使学员掌握实际电子产品的设计能力。

三、鉴定内容与方法的研究

鉴定内容的选择要与学员实际掌握的技能联系在一起，要充分评价学员的能力结构，在苏州职业大学的高级工的EDA考核系统中主要进行相关的知识模块的考核，比如计数器、加法器的考核，因高级工的考核知识的比较多，有EDA技术、单片机技术、PLC技术等考核，所以不宜进行复杂的电路产品设计的考核，采用知识模块的考核方式方便考核人员的现场考核，在考核过程中只要变动一下设计要求，比如由10进制的计数器换成12进制的计数器，或者加一个进位输出等，这样即能考核学员的掌握知识的水平，又能节约考核时间。但对于专业学习EDA技能的学员的考核这不能这样简单了，对于这种考核方式，即要有一定的难度，又要有一定的层次性，方便考核人员进行打分。

如果现场要求学员设计电路板，这需要浪费很长的时间，但如果仅仅是软件的设计，学员对于硬件的掌握又不能满足条件，目前高校的教学中往往是只注重程序的编写，而不注重硬件知识的学习。

对于EDA技术的考核宜采用硬件与软件结合的方式，但在现场实际进行硬件电路的制作，将会很费时间。在这种考核方式下，我们采用了模块化的设计方式，在FPGA的硬件中设计了相关的主板电路，只是带有相关的下载硬件，其余的IO口采用扩展的方式，通过硬件连线的方式进行扩展功能输出。其余外围的硬件，设计了单片机模块、键盘模块、数码显示模块、液晶显示模块、AD转换模块、DA转换模块、温度传感器模块、相关发光二极管、蜂鸣器等显示模块、232接口模块、红外接收模块、红外发送模块、无线传输等相关硬件扩展模块。进行技能鉴定时内容要选择适当，即要有基础部分的内容，又要有综合知识部分的内容，选择的题目一般是历年的电子设计大赛题目、学生的毕业设计题目、相关的课程设计题目、实际产品的设计原型，因我校开展EDA的课程很早，积累了资料很多，已经形成了一个技能鉴定的题库，在学生技能鉴定时内容的考核从简单到复杂选择几个题目，一般会随机选择多个题目让学生选择。学员证书的发放即要地方认可又要有一定的含金量，所以宜采用当地的保障部门与FPGA厂商共同发放证书的方式。

四、取得的成果

EDA电子技术的培训与考核在苏州职业大学每年都举行，该校具有相关的硬件模块与EDA工具软件，在不拿证的情况下是免费进行的，进行常用的电子模块的设计与VHDL语言的培训，其取得的成就明显，相关的电子专业开设的EDA课程的班级每年的就业率都在99%以上，在历年的全国电子竞赛中取得优异的成绩，在2008年江苏CPLD电子设计大赛中，获得一个一等奖四个二等奖的好成绩，获奖率50%，在2009年国电子设计大赛中同样获一个一等奖四个二等奖的好成绩，获获奖率55%，在2010年江苏电子设计获得7个二等奖，获奖率达到87.5%，当时只有8个队参加了比赛，在历届的天华杯等比赛中也取得不错的成绩，同时在地方的电子竞赛中取得在成绩也很好。

五、总结

电子设计自动化（EDA）技术是近几年迅速发展起来的计算机软件、硬件和微电子交叉的现代电子设计学科，其含义已经不止局限在当初的类似Protel电路版图的设计自动化概念，目前的EDA技术更多的是指芯片内的电路设计自动化。也就是说，开发人员完全可以通过自己的电路设计来定制其芯片内部的电路功能，使之成为设计者自己的专用集成电路（即ASIC）芯片，这就是当今的用户可编程逻辑器件（PLD）技术，用户完全在可以不懂得具体硬件电路结构，而只通过硬件描述语言就可以设计出功能强大的数字系统，电子设计工程师只要拥有一台电脑，一套EDA开发工具，一块FPGA/CPLD芯片，就可以设计出所需的专用集成电路，大大减少了开发成本和开发时间，设计人员可以通过软件编程来修改硬件的功能，极大地提高了设计的灵活性和通用性，使电子设计变得简单、快速。

随着超大规模集成芯片的发展，FPGA/CPLD功耗越来越低，价格越来越便宜，其电子设计自动化的性能，应用越来越广泛，在减少电路板的体积、产品的更新速度方面显示出无比的优越性，目前运用EDA设计电路产品已经成为一个主流，越来越多的设计人员已经感叹普通的分立元器件已经越来越难买，掌握EDA技术已经成为电子设计人员的迫切需要。

课题来源：本文为江苏省职业教育教学改革研究课题（现代电子设计技能培训鉴定体系的研究）阶段成果，课题批准文号：D-1/ GYD4

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