FPGA技术与工程应用 课程教学大纲
课程基本信息
课程编号：
课程名称：FPGA技术与工程应用
英文名称：Technology and Engineering Application of FPGA
课程学时：32 讲课学时：20 实验学时：12 上机学时： 0 习题学时：0
课程学分：2 学分
开课单位：航天学院 智能控制与系统研究所
授课对象：自动化系高年级本科学生
开课学期：3春4秋
先修课程：数字电子技术、微机原理及应用、C语言课程设计
本课程是控制工程专业的一门专业选修课程，是一门实践性很强的课程。通过本门课程的学习，可以使学生在了解FPGA内部结构原理的基础上，并利用现代EDA技术的Verilog和Multisim进行数字逻辑电路分析与设计，培养学生具备一定的FPGA系统或者硬件系统开发知识，能够进行初步的基于FPGA的数字系统设计，为以后从事基于FPGA的嵌入式系统设计和开发打下基础。
课程目标对学生的能力要求如下：
课程目标1：了解FPGA的起源、其内部结构原理和未来发展方向；
课程目标2：掌握硬件描述语言VHDL及系统设计的技巧、原则；
课程目标3：掌握仿真、综合、验证等设计开发过程；
课程目标4：掌握FPGA的嵌入式设计、图像处理和信号处理等设计技术；
课程目标5：掌握MATLAB在FPGA开发中的技术应用；
三、课程目标与毕业要求指标点对应关系（毕业要求与课程目标对应尽量简单）
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标 |
1.工程知识 | 1-1通过掌握FPGA硬件结构特性，熟悉数字电路的硬件设计思想，以适应未来不断发展的数字电路技术。 | 课程目标1 课程目标2 |
1.工程知识 | 1-2掌握FPGA硬件编程常用语言，学习硬件编程语言与传统编程语言的思维区别，并可以运用编程语言进行分析、调试和优化设计。 | 课程目标1 课程目标2 课程目标3 |
2.问题分析 | 2-1 掌握根据不同问题需求定制FPGA硬件模块和嵌入式系统特性的基本技能，学习面向系统工程的硬件设计自顶向下和思想。 | 课程目标4 课程目标5 |
2.问题分析 | 2-2 能应用数学和自然科学基本原理，对自动化领域的复杂工程问题进行建模，能检验模型的合理性，并能够采用Matlab等高级工具进行算法设计。 | 课程目标5 |
四、课程目标与课程内容对应关系
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应课程 目标 |
1 |
2、 FPGA的相关技术及特点 3、 FPGA内部结构的比较 | 通过本章内容的教学，使学生了解FPGA技术的起源与发展，介绍FPGA技术的用途，及其的相关技术、内部结构与分类，让学生对FPGA技术有一个整体直观的认识。 | 2 | 授课 | 课程目标1 |
2 |
| 通过本章内容的教学，使学生掌握一些设计技巧、原则和指导，它们对于FPGA或是CPLD设计而言是非常关键的。通过列举大量的例子说明不正确或者效率低下的设计，以及相对应的正确设计。 | 8 | 授课+实验 | 课程目标2 |
3 |
| 通过本章内容的教学，使学生掌握设计工程师在进行设计输入、验证、综合和实现时通常使用的设计工具，并使学生具备一定的设计能力。 | 8 | 授课+实验 | 课程目标3 |
4 | 1、视频与图像基础知识（广播电视系统，颜色空间，数字视频等） 2、嵌入式视频处理的考虑 3、压缩与解压缩 4、利用Smulink中的框图设计流程 | 通过本章内容的教学，使学生能够从媒体处理的角度来重新了解视频的概念，并使学生通过掌握视频处理应用的例子来掌握FPGA技术在嵌入式方向的应用。 | 6 | 授课+实验 | 课程目标4 |
5 | 1、基于Matlab的信号处理算法FPGA实现综述 2、Simulink与Xilinx System Generator 在数据采集与处理的应用 3、Matlab 与Xilinx Accel DSP在数据分析中的方法与应用 4、信号处理算法的FPGA设计实现与调试技术 | 通过本章内容的教学，使学生掌握基本的Simulink的操作方法，学会使用Matlab工具进行高效开发设计FPGA的方法。 | 6 | 授课+实验 | 课程目标5 |
6 | 1、FPGA未来的发展 | 包括国内外FPGA技术技术和市场的发展现状和预测、21世纪FPGA技术技术的发展趋势、不同类型FPGA技术的研究发展状况等。 | 2 | 授课 | 课程目标1 |
五、课程教学方法
1、采用多媒体教学和板书相结合的方式进行授课，采用图片及视频演示向学生展示现代FPGA技术特点及发展；
2、针对FPGA技术的未来发展，采取讨论课的形式，激发学生主动学习的兴趣。
3、通过实验，让同学们真正感觉到学以致用的乐趣，并切实地锻炼了学生实际动手能力及解决实际工程的能力。
六、课程考核方法(考核与课程目标关系对应也尽量单一，这样考核效果容易评价)
考核环节 | 所占分值 | 考核与评价细则 | 对应课程目标 |
实验及报告 | 80 |
| 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 课程目标5 |
随堂测试 | 20 |
| 课程目标2 课程目标3 课程目标4 |
七、课程目标达成度评价方法（邮件下发的此版教学大纲删除了达成度评价部分）
对应课程目标 | 考核环节 | 所占分值 | 学生平均得分 | 达成度计算结果 |
课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 课程目标5 课程目标6 | 随堂测试 | 20 | 16 | 90% |
课程目标2 课程目标3 课程目标4 课程目标5 | 实验及报告 | 80 | 60 | 85% |
八、主要教材与参考书
Clive"Max"Maxfield, 马克斯菲尔德, Maxfield,等. FPGA设计指南[M]. 人民邮电出版社, 2007.
Clive"Max" Maxfield, 杜生海. FPGA权威指南[M]. 人民邮电出版社, 2012.
汤书森 ... 等. 嵌入式FPGA/SoPC技术实验与实践教程[M]. 清华大学出版社, 2011.
阿申登, Ashenden. VHDL嵌入式数字系统设计教程[M]. 北京航空航天大学出版社, 2011.
西勒提李广军, 林水生, 阎波. Verilog HDL高级数字设计 : Advanced digital design with the Verilog HDL[M]. 电子工业出版社, 2014.
奇莱蒂. Verilog HDL高级数字设计[M]. 电子工业出版社, 2014.
Ciletti M D. Advanced Digital Design with the VERILOG HDL[J]. 2011.
STEVE KILTS. 高级FPGA设计:结构、实现和优化[M]. 机械工业出版社, 2009.
大纲撰写人： 林伟阳 大纲审核人：
