面向电子通信类的EDA技术教学创新研究面向电子通信类的EDA技术教学创新研究摘要：结合电子通信类EDA教学的特点，分析了现有的FPGA仿真软件的不足和其在开发综合设计型实验，培养学生的工程设计创新能力方面的局限性，提出了将Modelsim、QuartuslI软件和MATLAB等EDA技术相结合的创新教学方式，不仅能够加深学生对基本概念和专业理论知识的理解，提高职业技能，而且也能激发学生自主学习和创新学习的积极性。关键词：FPGA；EDA；MATLAB；Modelsim；QuartuslI作者简介：赵倩（1969-），女，湖南衡阳人，上海电力学院计算机与信息工程学院，副教授；朱武（1969-），男，湖北随州人，上海电力学院计算机与信息工程学院，教授。（上海200090）基金项目：本文系上海市重点课程建设项目（项目编号：20085303）的研究成果。中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1007-0079（2011）22-0061-02FPGA是一种新型的EDA技术，它的应用不仅使数字电路系统的设计非常方便，并且还大大缩短了系统研制的周期，缩小了数字电路系统的体积。为适应最新科技发展，近年来国内各大高校相继开设了FPGA课程，主要讲授ALTERA和XILINX公司FPGA的设计仿真。随着PFGA技术在图像处理、视频、音频及通讯领域的应用，现有仿真软件Modelsim和QuartuslI的功能虽然非常强大，但其输入输出主要是基于波形方式的，难以实现对复杂设计的仿真验证，尤其是涉及到对数字信号处理算法的仿真验证时，则显得有点不足。其在开发综合设计型实验，培养学生的工程设计创新能力方面有一定的局限，也制约了学生独立性和创新性的培养。由于MATLAB拥有1000多个内置函数和用于信号处理、通信和小波处理的工具箱扩展，可提供丰富的算法与调试环境，图形显示功能也很强大，所以在做数字信号处理算法的FPGA验证时，借助MATLAB会大大加快算法验证的速度。因此我们针对ALTERA公司的QuartuslI软件和Modelsim软件，给出了一种利用MATLAB软件实现复杂FPGA设计验证的新方法，对FPGA课程实践教学进行了改进。完善实践教学手段和方法的不足，并为电子科学与技术、电子信息工程及通信工程专业的学生提供了一个良好的知识交叉和交流平台，对拓宽学生的知识面和开拓学生的思路有着举足轻重的意义。本文旨在研究EDA技术的教学创新，不再局限用FPGA完成简单的数字电路设计，同时探讨教学模式、教学方法、教学手段等方面的创新，鼓励学生结合课程的特点，利用MATLAB所提供的丰富的专业工具箱编写相应的仿真程序，有效地将QuartuslI、Modelsim和MATLAB学习与专业理论结合在一起，这种教学方法不仅能够加深学生对基本概念和专业理论知识的理解，提高职业技能，而且也能激发学生自主学习和创新学习的积极性。提出的QuartuslI、Modelsim和Matlab相结合的仿真测试平台如图1所示，其可为FPGA教学提供新的教学手段和教学方法。一、利用MATLAB产生测试激励，丰富FPGA验证手段Altera公司提供的QuarusII软件平台除了具备强大的编译功能之外，在进行算法验证的时候，还提供了一定的波形仿真功能，其输入输出都是以波形形式给出的，看起来如同逻辑分析仪，比较直观。但是，在波形文件中很难对复杂信号数据进行输入，特别是在数字信号处理领域，大多数仿真输入数据都是叠加噪声的，采用波形输入方式是不现实的。如果我们要验证一个图像处理算法如中值滤波去噪算法、边缘检测算法，这些仿真数据用波形输入的方法将难以胜任，而MATLAB自带的函数就能轻松产生这些仿真数据，这样做无疑会节约很多时间和精力。下面通过一个具体的设计实例来说明如何利用MATLAB和QuarusII或Modelsim软件进行联合仿真。本实例是为了验证VerilogHDL编写的图像中值滤波算法，验证数据为如图2所示加入方差为20的高斯白噪声的cameraman图像，希望通过FPGA设计的中值滤波去除图像的噪声。为了获得测试数据，采用MATLAB脚本把图像数据转换成16进制形式并写人graph.txt文件中。下面是MATLAB的脚本文件内容，用来将图像cameraman.tif以16进制形式写入graph.txt文件中。Clear；x=imread（'cameraman.tif'）；[j]=imnoise（x，'gaussian'，0，0.00615）；%给原始图像加入噪声，如图2所示。fid=fopen（'g...