硬件设计论文篇1

2工艺设计过程的要素模型

质量管理体系国际标准将过程定义为：一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动[7]。过程方法是指组织内各过程的系统的应用，连同这些过程的识别和相互作用及其管理。过程构成要素模型，如图2所示。根据过程定义并结合图2过程构建要素模型可知:一个过程包括输入、输出、相关转换活动、所需资源、过程所处的环境以及检测评价等六要素。其中输入是实施过程的开始，而输出是完成过程的结果，通过使用合理的资源和科学的管理，来对处于一定的环境的过程进行增值转换活动。为了确保过程的结果质量，对输入过程的要素、环境要求和输出的结果（有形的或者无形的）以及在过程中的适当阶段应进行必要的监控和评价。工艺设计过程中的转化活动是由一系列按照时序要求展开的活动，首先是包括审查图纸、产品结构及技术分析、工艺性评价的工艺性分析活动，之后是选择毛坯精度确定余量、绘制毛坯图的确定毛坯及其制造方式活动，然后是划分加工阶段及确定工序顺序的拟定产品的工艺路线活动，最后是确定工序余量计算工序尺寸及公差，选择切削用量，计算时间额定，选择加工设备及工艺装备的详细的工序设计活动。

3工艺设计过程影响因素分析

工艺设计过程是指工艺设计相关的一切活动，信息，数据，资源的总和。它是由一系列子过程工艺设计活动组成。由于每个过程活动的任务和目标不一样，如表1所示。使得不同阶段的活动所需的资源，输入输出，环境等要素也不同。在产品结构性工艺审查，毛坯的选择，工艺方案设计与评价，工装设计，材料与工时定额等活动时要综合考虑企业自身条件，生产设备，生产能力，生产环境，工艺相关经验，工具相关信息，设备相关参数，加工人员技术水平信息等影响因素，还要结合所处的环境和资源等因素，如环保规则，加工生产条件，安全条件，经济性等方面。最后输出最经济，最可行，最合理的工艺设计方案等文件内容指导企业生产制造。

4工艺设计缺陷因素结构模型的构建

为了更好的表达缺陷因素与工艺设计过程的关系，避免工艺设计缺陷的产生，并参考多数企业的工艺设计流程，采用过程方法构建的工艺缺陷因素结构关系模型，如图3所示。从图3可以看出硬件产品工艺设计过程是一个多层次，多步骤和分阶段的设计过程。整个工艺设计过程涉及的影响因素因不同阶段而不同，分布于产品工艺设计过程各个阶段的活动中。工艺缺陷影响因素结构关系模型不仅表达出工艺设计过程中各设计阶段间的逻辑顺序关系，理顺了工艺设计阶段的各个活动的输入、输出，而且还清晰地呈现出设计资源、环境等缺陷因素与工艺设计过程的关系，为以后的工艺设计缺陷的预防和控制提供了理论基础。然而，从整个模型可以看出，影响工艺缺陷的因素比较多，在具体的工艺设计活动中，往往是由于模型中缺陷因素不能合理有效的控制这些因素，增加了工艺设计缺陷的风险。因此，需要进一步定量掌握工艺设计阶段的影响因素对工艺设计活动的影响程度，以及因素之间的互相影响关系，以便更好的，有针对性地采取措施来优化工艺设计过程，提高工艺设计质量。

5工艺缺陷影响因素定量化分析

5.1基于DEMATEL方法的工艺设计缺陷因素分析

DEMATEL（decisionmakingtrialandevaluationlaboratory）决策实验室分析法，是20世纪70年代出现的运用图论与矩阵论原理进行系统因素分析的方法，它通过系统中各因素之间的逻辑关系构建直接影响矩阵，计算各因素对其他因素的影响度以及被影响度，从而计算各因素的中心度和原因度，然后，根据因素所对应的中心度和原因度，得出该因素所属的种类（原因性因素还是结果性因素）。DEMATEL方法关注的不仅是因素之间的两两直接影响关系，还考虑了所有因素之间的间接影响关系，从而获取众多因素中的关键因素。采用DEMATEL方法对影响工艺设计缺陷因素进行量化分析，分析过程直观、明晰，其结果不仅可以表达各缺陷因素之间的量化因果关系，还能根据量化结果对影响因素集进行因果分类和重要程度排序，为缺陷因素控制管理以及识别提供科学依据。

5.2基于DEMATEL方法的工艺设计缺陷因素分析步

骤如下（1）构建各因素间的直接影响矩阵。工艺设计缺陷影响因素表示为Tx，其中x=1，2，3……n，如果因素Ti对因素Tj有影响，则表示为tij。设定影响关系评价标度(如根据较强，强，一般，弱，无五个等级分别赋值)，定义：当i=j时，tij=0表示因素自身对自己无影响；当因素Ti对因素Tj影响很弱时，tij=1；当因素Ti对因素Tj影响一般时，tij=2；当因素Ti对因素Tj影响较强时，tij=3；当因素Ti对因素Tj影响很强时，tij=4。构造因素间的影响矩阵G。影响度Hi为综合影响矩阵D中i行的行和，表示因素Ti对其他所有元素的综合影响值。被影响度Lj为综合影响矩阵T中j列的列和，表示Tj受其他所有因素的综合影响值。中心度Mi为综合影响矩阵T中第i行的行和与第i列的列和之和，表示该因素在系统中的重要性程度。原因度Ui为综合影响矩阵T中的第i行之和与第i列之和的差，表示该因素与其他因素的因果逻辑关系程度，若为正，表示该因素对其他因素的影响大，称为原因因素;若为负，则表示该因素受其他因素的影响大，称为结果因素。（5）根据第四步计算的结果，以Ui为纵轴，Mi为横轴，绘制因素的原因—结果图，得出各缺陷因素的影响度和被影响度排序。

5.3举例分析

以某雨弹发射架的工艺设计为例，影响雨弹发射架工艺设计缺陷的因素众多、关系复杂。按上述方法，从与工艺设计有关过程活动的角度来考虑，同时考虑输入输出类、资源类、环境类以及监测评价四大类工艺缺陷影响因影响因素体系，构建了雨弹发射架工艺设计缺陷因素表以及按DEMATEL方法步骤计算出综合数据，如表2所示。（1）缺陷因素的原因—结果图根据综合影响关系表，以Ui为纵轴，Mi为横轴，绘制因素的原因—结果图，得出各缺陷因素的影响度和被影响度排序。应用SPSS软件将各雨弹发射架工艺设计影响因素标注在坐标系上，如图4所示。（2）分析结果由以上结果从整体所有因素可以看到：（1）雨弹发射架工艺设计的原因因素有24个位于0线以上，依次f1、f2、f3、f4、f5、f7、f8、f10、f11、f13、f14、f15、f17、f21、f23、f24、f25、f28、f30、f32、f35、f37、f39、f40，它们是导致雨弹发射架工艺设计缺陷的主导因素。根据20/80原则，影响度大小排序前五位为f10（工艺流程图）、f13（工序操作指导卡片）、f5（现有生产能力资料）、f7（毛坯方案）、f2（组件明细）、所以，必须采取针对性的措施。（2）结果因素有16个位于0线以下，依次为f6、f9、f12、f16、f18、f19、f20、f22、f26、f27、f29、f31、f33、f34、f36、f38，这些因素受其他因素影响比较大。按被影响度大小排序前三位为f38（成本约束）、f22（毛坯的相关经验）、f12（工序卡片），它们极易受到其他因素的影响，必须加以重视。（3）从工艺设计缺陷因素原因—结果图中也可以分别按类中的因素比较，如输入输出类缺陷因素（正方形表示）中的f10（工艺流程图）、f13（工序操作指导卡片）、f5（现有生产能力资料）中心度值较大，是输入输出类最可能导致工艺设计缺陷的致因因素；从图4可以看出输入输出类因素相对其他类因素大部分都在0线以上，这说明此类因素中原因因素较多，应该给予一定控制。资源类缺陷因素(圆圈表示)中f22（毛坯的相关经验）原因度第二小，说明受其他因素影响最大。环境类缺陷因素（正三角形表示）中f38（成本约束）原因度最小，中心度第三大，说明成本约束不仅受其他因素影响大外，自身影响其他因素也大，应给予控制。监测评价类成本约束（倒三角形表示）f39，f40，都在0线以上，说明此类缺陷因素影响其他因素较多。（4）从整体来看缺陷因素f5（现有生产能力资料）、f10（工艺流程图）、f12（工序卡片）、f13（工序操作指导卡片）、f22（毛坯的相关经验）、f38（成本约束）相对离散，应重点控制监测。以上结果只是针对雨弹发射架工艺设计，对其他硬件产品工艺设计缺陷因素分析可参照此方法，但分析结果因产品而异。

硬件设计论文篇2

在通信和控制系统中，常使用异步串行通信实现多块单板之间的辅助通信，各个单板通过总线方式连接。为了实现点对点通信，需要由软件定义一套较复杂的通信协议，过滤往来的数据，消耗了CPU较多的时间。89C51单片机有一种九位通信方式，采用一位地址位来实现通信对象的选择，只对发往本地址的地址发生中断进而接收数据。通用的UART芯片如16C550和89C51等构成总线式的通信系统时，需要由CPU通过软件处理接收到的地址和产生九位的数据。本文介绍的UART采用VerilogHDL硬件描述语言设计，可以用FPGA实现，可应用于SoC设计中。其主要特性如下：

·全硬件地址识别，过滤数据不需要CPU的介入；支持一个特殊地址，可用于监听和广播。

·支持查询和中断两种工作方式，中断可编程。

·接收和发送通路分别有128ByteFIFO，每个接收字节附带状态信息。

·设计采用VerilogHDL语言，全同步接口，可移植性好。

·支持自环测试功能。

·波特率可以编程，支持八位或者九位两种数据格式。

设计的UART的九位串行数据格式如图1所示。在空闲状态，数据线处于高电平状态。总线由高到低跳变，宽度为一个波特率时间的负脉冲为开始位，然后是8bit的数据位。数据位后面是lbit的地址信息位。如果此位是1，表示发送的字节是地址信息；如果此位是0，传输的是正常数据信息。地址指示位后是串行数据的停止位。

1UART设计

UART采用模块化、层次化的设计思想，全部设计都采用VerilogHDL实现，其组成框图如图2所示。整个UARTIP由串行数据发送模块、串行数据接收模块、接收地址识别模块、接收和发送HIFO、总线接口逻辑、寄存器和控制逻辑构成。串行发送模块和接收完成并/串及串/并的转换，接收地址的识别由接收地址识别模块完成。发送和接收HIFO用于缓存发送和接收的数据。总线接口逻辑用于连接UARTIP内部总线和HOST接口。寄存器和控制逻辑实现UARTIP内部所有数据的收发、控制和状态寄存器、内部中断的控制及波特率信号的产生。以下详细说明主要部分的设计原理。

1.1串行数据发送模块

串行数据发送模块将数据或地址码由并行转换为串行，并从串行总线输出。设计采用有限状态机实现，分为空闲、取数、发送三个状态。其状态迁移如图3所示。各个状态说明如下：

空闲状态：状态机不断检测发送使能位、UART使能位和发送FIFO空/满标志位，如果使能位为高、UART使能打开且FIFO空标志位为低，串行发送进入取数状态。

取数状态：在此状态，分两个周期从发送FIFO中取出待发送的数据或者地址，然后进入发送状态。

发送状态：在此状态，状态机按照九位串行数据的格式依次发送开始位、数据位、地址指示位。待停止位发送完毕后，返回空闲状态。一个字节的数据发送完毕后，进行下一个字节数据的发送流程。

1.2串行数据接收模块

串行数据接收模块用于检测串行数据的开始位，将串行总线上的串行数据转换成并行数据并输出。接收逻辑也采用有限状态机实现，分为空闲状态、寻找开始位、接收数据和保存数据四个状态。其状态迁移图如图4所示。各个状态说明如下：

空闲状态：在此状态，不断检测接收使能、UART使能和串行输入信号的状态。如果串行输入信号出现由高到低的电平变化且UART使能和接收使能都为高，则将采样计数器复位，并进入寻找开始位状态。

寻找开始位：在此状态，状态机等待半个波特率的时间，然后重新检测串行输入的电平。如果为低，则判断收到的开始位有效，进入接收数据状态；否则认为数据总线上出现干扰，开始位无效，重新返回空闲状态。

接收数据：在此状态，依次接收串行数据线上的数据位、地址指示位和停止位，结束后进入保存数据状态。

保存数据：此状态将收到的串行数据以并行方式从接口的并行总线输出，然后返回空闲状态，准备进行下一个字节数据的搜索和接收。

为提高对串行输入上突发干扰的抵抗能力，对于接收数据，在脉冲的中间位置连续采样三次，较多的电平作为接收的有效数据。所有接收数据的采样频率为接收波特率的16倍。

1.3硬件地址识别模块

硬件地址识别模块用于从接收到的数据中判断出地址和数据，在地址识别功能打开时，选择数据通过或者丢弃；而该功能关闭时，所有数据都会通过。地址识别模块是一个有两个状态的有限状态机，分为地址和数据两个状态。其状态迁移图如图5所示。状态说明如下：

地址状态：在此状态时，判断接收到的数据以及地址识别使能位。如果地址识别功能没有打开，对于接收的任何地址，都进入数据状态。如果地址识别功能打开，则将收到的地址和本地地址比较，如果相等，则保存此地址，进入数据状态；否则继续在此状态接收数据和地址，将收到的数据忽略。

数据状态：将接收到的数据输出，直到收到地址位时，返回地址状态，处理地址。

为实现监听和广播功能，将地址255作为特殊地址，它可以和任何地址匹配。若本站的地址为255，此站点可以接收任何地址的数据，此功能可以用于监听总线上的数据；若发送数据的目的地址为255，则任何站点都会接收到此数据，此功能可以用于发送广播数据。

1.4FIFO设计

FIFO由控制逻辑和双口RAM组成，控制逻辑用来实现将一个双口RAM转换成两个FIFO的功能，这两个FIFO分别用于发送和接收数据缓存；中断控制用于在中断工作方式时管理UART内部的中断状态和控制信息。

为减少所需块RAM的数量，接收和发送FIFO使用同一个块RAM实现，使用仲裁机制保证两个FIFO的四个端口，在同一时刻最多只有两个操作，不影响对FIFO的读写。

1.5总线接口

UART采用同步接口，所有信号都在系统时钟的上升沿采样，设备的握手用一位应答信号完成。

数据总线宽度采用8+2的方式。和16位或者32位宽度的数据总线连接时，可以一次读取接收数据的数据和地址指示位，减少总线操作次数；若和8位系统连接，可以只连接低8位数据线，接收数据的地址信息可以通过内部的状态寄存器读取。

1.6寄存器和控制逻辑

寄存器部分实现UART内部所有数据的收发、控制和状态寄存，用于设置UART的数据格式、收发波特率、FIFO控制、本地地址、地址识别、中断控制和状态寄存，实现对UART工作的控制。

控制逻辑产生所需的所有波特率信号及对应的上升和下降沿指示信号，并根据实际工作所选择的波特率输出与系统时钟同步的对应信号。波特率产生逻辑的组成框图如图6所示。

2功能和时序仿真

首先结合功能仿真设计系统的仿真平台。仿真平台如图7所示。系统仿真平台和仿真激励采用VerilogHDL语言设计，可同时用于功能仿真和时序仿真，不能用于二者的综合。寄存器级模型为用于UARTIP设计的RTL描述，全部采用可以综合的VerilogHDL语句编写。仿真使用的软件为ModelSim。

功能仿真包括以下几个方面：

(1)基本模块连线时序的仿真。首先用描述方式设计UART的接口模型，利用仿真激励进行简单的读写操作，设计出仿真激励信号和系统仿真平台。然后结合仿真激励信号逐步完成UART的各个子模块的设计。仿真时，需要逐步观察UART接口信号的波形、UART内部模块的接口信号波形、各种状态机的状态迁移和数据指针的值以及状态位的值，逐步完成寄存器传输级的UART设计。

(2)UART的工作仿真。完成RTL的寄存器传输级模型后，根据系统软件工作的模式，用HDL设计出数据收发的仿真激励，打开自环功能，进行数据的发送和接收。仿真可以分为仿真查询和中断两种工作方式。对于中断工作方式，需要用HDL语言模拟软件的中断机制，

进行中断工作方式的仿真。最后打开地址识别功能，发送不同目的地址的数据，观察UART的硬件地址识别情况。

完成功能仿真后，将设计进行布局布线，生成Ver-ilogHDL形式的时序仿真模型和标准时延文件，利用与功能仿真相同的仿真平台进行时序仿真。时序仿真只需要仿真工作方式。功能仿真和时序仿真使用相同的仿真平台和激励向量，这样便于比较二者的差异，发现设计代码存在的问题。

3综合和测试结果

本设计用Synplicity公司的SynplifyPro作为综合工具，用XilinxISE5.2作为布局布线工具，采用器件为XC2S100IIE-7。综合结果显示，该UARTIP占用资源情况为:SLICE275个、内部块RAM1个、I/O24个，HOST总线可以达到的频率为73.2MHz。

测试程序参考仿真激励的生成，用C语言在vxWorks操作系统下设计。测试所用方法和工作仿真完全相同，只是仿真激励对应测试程序，而RTL模型对应实际的FP-GA器件。

硬件设计论文篇3

1VoIP在路由器中的应用

近年来，VoIP（VoiceoverInternetProtocol）给通信市场带来了强大的冲击。IP语音业务推出后，由于其在通话费用上比传统电话具有突出的优势，因而受到了广泛欢迎。VoIP技术在路由器中应用，可以大大节省有多个部门在不同地方办公的企业或机构的电话费用。图1为一个VoIP路由器在公安分局与派出所间应用的方案。

派出所网点的路由器DCR－2501V和DCR－2509V使用FR（帧中继）或DDN线路同分局的DCR－3660实现互连，各网点的计算机可通过路由器连接分局的局域网或Internet，实现数据通信；同时，DCR－2501V或DCR－2509V通过FXS语音端口连接普通电话机，分局路由器通过E＆M接口和PBX连接，这样既可以实现内部各部门间的数据通信，同时还可进行零费用的语音通话。

VoIP在费用上呈现巨大优势的原因在于其利用了计算机通讯的分组化、数字化传输技术，先对语音数据按照一定的语音压缩标准进行压缩编码处理，然后把这些数据按IP相关协议打包，再将数据包通过IP网络传输到接收端，接收端将这些以不同顺序到达的数据包按其本身顺序串起来，并经过解码解压恢复出原来的语音信号。与传统的语音业务相比，VoIP在时间延迟、话音质量等方面存在缺陷。可以采用一些先进的协议如资源预留协议（RSVP）和不同类型服务（Diffserv）等方案来尽可能的优化语音数据包的传输，以减少传输延迟和拥塞。

目前，VoIP的标准主要有国际电信联盟技术部（ITU－T）建议的H．323系统和IETF建议的会话发起协议（SessionInitiationProtocol，SIP）系统两种。前者主要在电信网络上实现多媒体业务制订，技术已趋成熟。后者基于动态的Internet模式建网，是基于软交换技术的面向网络会议和电话的简单信令协议。在我国，主要选用H．323技术标准来实现VoIP，在H．323系列标准中，音频压缩编码标准有G．711、G．722、G．723和G729等。

本文将介绍一种已经应用于路由器产品中的VoIP语音卡的硬件设计和工作原理。

2VoIP语音卡硬件结构

该语音卡基于AudioCodes公司的VoPP（VoiceOverPacketProcessor，即语音包处理器）AC48302设计，采用PCI接口界面，可提供两个FXS（ForeignExchangeStation）语音／传真接口，可以方便灵活地应用于本公司开发的系列路由器中，实现VoIP功能。其硬件结构框图如图2所示，以下介绍各部分硬件的原理和作用。

2．1PCI接口

路由器主板与语音卡之间通过PCI总线连接，便于通用。采用了PCI接口芯片PLX9030实现语音卡本地总线（HPI）与PCI总线之间的转换。由于语音卡上数据流量不大，不需要利用如DMA方式主动向路由器主板上的Memory空间传递数据。因此，语音卡工作于PCI的从模式方式，AC48302通过中断方式接收或发送语音数据，PCI总线的数据宽度和速度为32位／33MHz。

2．2CPLD部分

AC48302采用8位并行的主处理器接口HPI与外部CPU（即路由器CPU）进行数据交换。在本设计中，HPI接口与PLX9030的本地总线接口时序稍有差别，经过CPLD进行调整。另外，路由器CPU还可通过CPLD控制CODEC和SLIC芯片。

2．3AC48302芯片

AC48302是AudioCodes公司推出的一款低功耗、低价格的双通道语音包处理器，其内部集成了一个DSP内核。该芯片的主要特性如下：

·支持两个通道的语音压缩编码，语音压缩标准包括G．729A、G．723．1、G．727、G．726、G．711。

·兼容T．38或FRF．11传真中继（2．4～14．4kbps）。

·呼叫ID产生和检测，呼叫进程和用户定义语音的检测和产生。

·兼容G．168的25ms回声消除。

·高性能的有效语音检测（VAD）和舒适噪声产生（CNG）。

·DTMF检测和产生。

·A律／μ律可选的Codec接口，具有输入输出增益控制。

·PCMHighway接口。

·并行的主处理器接口（HPI）。

AC48302各部分硬件接口如图3所示。

图4AC48302HPI存储器的映射关系

2．3．1语音接口（VoiceInterface）

语音接口提供未压缩的语音、传真数据的输入输出通道。语音接口对外提供四根信号线构成PCM总线，直接连接外部CODEC芯片的PCMHighway。这四根信号线为PCMIN、PCMOUT、PCMCLK、PCMFS。PCMIN输入从CODEC送来的PCM信号，AC48302内部的DSP按照相应标准（如G．729）压缩后从HPI给路由器CPU转发。PCMOUT则相反，AC48302将路由器CPU送来的语音数据按照合适的标准解压缩，然后从PCMOUT口送到外部CODEC，CODEC经过数／模转换后恢复成语音信号?熏通过用户接口送给用户端。PCMCLK提供2．048MHz的比特同步时钟，而PCMFS提供8kHz的帧同步时钟。

2．3．2HPI接口

在本设计中，路由器CPU与AC48302通过HPI口进行通信。路由器CPU和DSP通过AC48302的片内共享的双口存储器实现数据交互。片内共享存储器的映射关系见图4。

HPI接口包括1根8位数据总线和几根控制总线。路由器CPU通过三个寄存器（HPIC、HPIA和HPID）控制AC48302及访问片内存储空间。HPIC为控制寄存器，用来选择AC48302的高低字节顺序、产生和接收中断。HPIA为地址寄存器，用来寻址片内的2K存储空间。HPID为数据寄存器，用来缓存每次读写的两个字节数据，外部CPU可以单个Word或块数据方式访问HPID，当以块数据方式访问时，HPIA寄存器自动累加，这样可以减少外部CPU写HPIA寄存器的开销。AC48302的内部寄存器和存储器为16位宽度，因此外部CPU每次访问AC48302必须以两个字节为基本单位，信号线HI／LO用来选择高低字节，信号HRS1、HRS0指示当前访问的是哪个寄存器。

除了以上两个重要的接口外，AC48302内部还包含一个PCM时钟发生器、一个用于测试的JTAG接口以及一个用于访问外部SRAM及处理信道辅助信令的Memory＆I／O接口。

2．4CODEC接口芯片

CODEC芯片负责对DSP解压缩后送来的PCM数据进行解码，并将滤波后的模拟语音信号送到用户线接口芯片SLIC，SLIC对其进行2－4线转换后送给用户端；同时，CODEC还负责将SLIC送来的模拟语音信号进行PCM编码，然后送到DSP芯片进行压缩处理。

本设计中，CODEC芯片采用IDT公司的4通道PCM编解码芯片IDT821034。该芯片具有可编程增益设置、主时钟可选（2．048MHz、4．096MHz和8．192MHz）、最大可支持128个可编程时隙、A律／μ律可选、内置数字滤波器、串行控制接口、低功耗等特点。本设计中选用主时钟为2．048MHz（E1帧模式），可划分为32个相等的时隙（Slot0～Slot31），4个通道的接收和发送时隙可通过向串行控制口写入控制字进行动态选择。各时隙的位置都以8kHz的帧同步时钟信号为参考，在IDT821034中，时隙0相对帧同步脉冲的位置有延迟模式和非延迟模式（图6即为非延迟模式）。

PCM主时钟（BCLK）、帧同步时钟（FS）、接收数据（DR）和发送数据（DX）一起构成PCMHighway信号，与AC48302进行连接。BCLK与FS分别对应AC48302的PCMCLK和PCMFS，这两个时钟信号都由AC48302产生；DR和DX分别对应AC48302的PCMOUT和PCMIN。PCMHighway信号时序以及时隙与帧同步信号的关系分别如图5、图6所示。为了CODEC与DSP芯片间正确收发数据，一般选择CODEC芯片在BCLK的上升沿发送数据DX，下降沿采样数据DR，而在另一端的AC48302，则在时钟下降沿采样PCMIN，上升沿发送PCMOUT。

2．5用户线接口（SLIC）芯片

设计中为了使语音卡能够提供FXS接口功能，采用了爱立信公司的新型SLIC芯片PBL83710连接用户接口。在该芯片内部能够产生高电压铃流信号及提供自动电池馈电切换，具有环流振铃和地键检测功能及2－4线转换功能。该芯片将许多传统的振铃继电器、铃流发生器等器件集成在一个片内，节省了印制板空间和成本。

3VoIP语音卡硬件驱动流程

硬件驱动程序主要完成以下功能：

（1）初始化PLX9030芯片，配置相关寄存器，选择本地总线工作方式。

硬件设计论文篇4

1 引言

计算机越来越普及、电脑的家庭持有率越来越高、人们对电脑的依赖程度也越来越深，但电脑对于不少人来说还或多或少存在一定的神秘感，大多数人对计算机硬件还具有畏惧感，不过大部分人对掌握计算机维护与维修知识都有越来越强的迫切感。

因此，开设“计算机组装与维护”课就显得日益重要。

2 同类教程中存在的不足

笔者参阅了“计算机组装与维护”的同类教程，有以下的看法。

（1）不少“计算机组装与维护”教程大约以三分之二的篇幅介绍具体的硬件，介绍市场上硬件产品的选购。由于PC机硬件的更新速度极快，不少书中介绍的硬件产品在市场上往往已经淘汰。这样的教程在课堂上讲授，给人有教程已老化的印象。

（2）计算机系统的论述不是采用系统的方法，而是分别介绍PC机的各个硬件，接着分别介绍各个硬件的维护和维修，这样的论述不太符合教学规律。介绍一种硬件之后紧接着讲述这种硬件的故障，显得很孤立，系统性不足。计算机是一个系统，是否应从系统的角度引导读者去认识故障、判断故障的所在和故障的成因？

（3）适合高职高专用的“计算机组装与维护”教程较多，讲授纯操作、讲授纯应用。而适合本科生用，既介绍操作和应用，同时又讲授相应的计算机理论，具有一定理论深度，采用上跟计算机硬件的发展介绍相应理论知识的教程欠缺。

3 “计算机组装与维护”课程设置

“计算机组装与维护”是一门实用性很强的专业课，不论理科学生、工科学生，还是文科学生都需要学，都用得上。笔者认为：

（1）“计算机组装与维护”是大学计算机基础的重要后续课程。

（2）“计算机组装与维护”是微机原理课在实践和操作方面的补充。

（3）“计算机组装与维护”的重心在于结合操作和应用讲叙相应的理论知识，应做到让学生知其然，并且知其所以然。

（4）应站在普通用户的角度认识计算机硬件和软件的关系。让学生能把“微机原理”课中学到的理论知识与具体的计算机操作和应用结合起来，从应用的角度理解理论，成功地分辨应用中遇到的硬件问题和软件问题，从而有效地解决它们。

3.1 为“大学计算机基础”的深入与提高

“计算机组装与维护”定位于“大学计算机基础”课的深入和提高。所以，课程内容应紧扣计算机的基础理论，相对地要跟上计算机硬件的发展，但又要做到不能成为产品介绍书；教程要把握计算机的发展方向，结合计算机科学，以一定的理论深度、一定的前瞻性（硬件发展的方向）介绍计算机的硬件及其发展。

（1）强调计算机系统结构的概念：计算机系统构成的概念，计算机由主机和外部设备组成的概念，计算机系统由系统软件和应用软件组成的概念。

（2）从众多同类产品中总结出具有共性特征的产品予以介绍，尽量避免具体产品的介绍，最大限度减少PC机硬件快速改朝换代对教材建设带来的负面影响。如主板，从架构方面分类有Slot 和Socket架构。Socket架构的产品有Socket 370、Socket 432、Socket 478，Socket T（即LGA775）等。

（3）结合PC机的硬件产品的发展介绍计算机的发展以及计算机的发展方向。如CPU的发展从X86到Pentium，从PⅡ、PⅢ、P4到双核等。

（4）从用户自然辨别的角度、直观的方式将故障分为黑屏故障、蓝屏故障、死机故障，以及安装故障、启动故障、运行故障、关机故障等，讲述相应故障的排除方法。

3.2 “微机原理”课操作实践方面的补充

“微机原理”课程讲述数制、控制器、运算器、存储器、输入输出接口等计算机科学的理论知识，这些理论知识一般比较抽象。“微机原理”课中所讲述的数制有别于人们日常生活中熟悉的十进制，所讲述的运算原理不能从一块CPU的外形看出其中的控制器和运算器，无法感性地认识输入输出的接口是如何完成数据的传输的。

“计算机组装与维护”讲述硬件和软件的组装。学生通过DIY可以直接接触计算机的硬件，经过系统软件和应用软件安装的操作实践，可以通过显示器直观、形象地浏览到软件系统。若教程再能完好地结合计算机的硬件产品，以浅显易懂的语言讲解与该硬件相关的计算机理论知识，就能很好地做到帮助读者理解深奥的计算机理论，更好地应用计算机去解决各种专业的问题。如，结合CPU及其产品的介绍，讲解摩尔定律、讲解计算机的体系结构；结合网卡讲解数、模和模、数的转换理论；结合声卡及音响的输出讲解何为5.1声道、7.1声道等。这样与硬件产品有机结合的讲解，直观性强、课程生动、能很好地做到“微机原理”应用实践与补充的作用。

3.3 “计算机组装与维护”的重心在于理论叙述与应用操作并重

计算机是人类脑力劳动的工具，应用离不开理论，学习应贵在操作、重在实践。所以“计算机组装与维护”的重心应定位于计算机理论的叙述与应用操作并重。

（1）人们要顺利地完成一件工作（操作），需要概念清晰、流程清楚。计算机的软、硬件组装操作包含的知识和内容很多，必须要让读者建立起完整的、清晰的软、硬件组装流程的概念。

（2）计算机的主存由内存条构成，内存管理知识有基本内存、扩展内存，分页、分段、保护模式管理，虚拟内存、动态数据交换等。系统是否在优化的环境下运行与主存储器的管理相关，内存的管理通过操作系统实现。系统优化的方法有减少内存驻留程序、系统配置实用程序、虚拟内存设置等，以此达到理论叙述与应用操作并重的要求。

（3）当前计算机最重要的外存储器是硬盘，所以，结合硬盘实物（或图片）讲述磁存储知识效果好。通过硬盘讲述磁道、扇区、簇、文件系统以及文件的链式存储等外存储理论知识。结合外存理论的阐述，介绍硬盘分区、格式化等具体的应用操作知识，对外存的介绍同样达到理论叙述与应用操作并重。

（4）与BIOS相关的计算机理论知识，主要涉及ROM和BIOS的功能和作用、BIOS在PC启动运行中与系统的关系等。应用操作则讲述BIOS系统设置，以及不同版本BIOS的系统设置操作等。

（5）注册表是PC机的管家。理论上，介绍注册表所采用的树状数据库结构，以主键、子键和值项的方式组织数据和管理信息。注册表的应用主要包括注册表的备份与还原，注册表编辑器的使用，创建、修改表项和值项等；由于注册表是管家，所以注册表还事关系统的安全。

4 结束语

相对来说，“计算机组装与维护”是一门新课。笔者将其定位于微机原理课的实践和补充的看法是否恰当，理论叙述与应用操作同等比例的定位是否合适，如何结合计算机的配件讲解相关的理论、介绍相应的操作应用，能否做到以通俗易懂的语言讲解计算机的理论知识等，都有待于实践的检验和有待于专家们的进一步探讨。

硬件设计论文篇5

居住区建筑设计的特征分析

居住区的建筑设计是一个将社会、经济、技术等多种因素交叉而成的建筑规划学科。它具有多元化特征。这些综合性的特征可分为硬性和软性两个方面：

硬性是指涉及到科学领域的多种因素，一般是与自然环境以及人们的实践和认知的客体对象有关的，比如，国土地理、施工结构、气象、气候、材料、设备、绿化、卫生等因素。硬性因素具有明确的定义和边界，能够做出精确的定量分析并按照一定的数学方法进行分析和处理。

软性是指涉及到社会科学领域的多种因素，它一般是与社会的发展环境以及人们的主观认识和实践活动有关的。比如，经济、人口、文化、心理、艺术、视觉等因素。由此而构成的建筑设计的内容则具有模糊的性质。除了一部分的经济及人口因素以外，大多数的软性因素集合的边界难以确定，因而无法直接进行计量和分析，只能用比较弹性的方法做模糊的处理。

二．居住区的建筑设计的双重性特征

居住区的建筑设计在规划系统是介于比较微观的建筑单体设计与比较宏观的城镇设计之间的一个层次外置，因此居住区的建筑设计规划具有软性和硬性的双重特征。

由于居住区建筑设计本身所具有的软性和硬性的双重性，所以仅仅依靠人模糊的认知或者举例分析是无法准确处理设计中的具体问题的。因此，我们必须借助各种现代科学的理论和方法。运用科学的方法对居住区建筑设计中的具体问题进行描述和分析，才能提出更合理而准确的方法。

通常用于居住区建筑设计优化的科学方法理论有：优化论方法、系统论方法、信息论方法、控制论方法、仿生论方法、物元论方法、寿命论方法、智能论方法、模型论方法以及模糊论方法等等。

以上各种理论方法虽然在数学分析方法上有所差异，在理论的认识角度上有不同的侧重点，但是在哲学思维方面比较接近，而且都带有辩证逻辑的特点。比如：我们可以将设计的对象分割为一些基本的因素，那么这些因素之间必然会存在普遍的联系和相互的作用，这种相互关系既具有一致性，又具有对立性，系统的结构与特定部分的功能相互制约、量变质变关系、时空存在的形式，这些都是设计中的方法和原则的体现。此外，在技术与艺术的软硬关系之中也充分的体现了设计中的辩证关系。比如：建筑的造型带给人的视觉感受、文化生活、视野舒畅等设计要求都属于艺术和心理方面的因素，而面积、人口、光照、服务设施以及交通等因素则属于设计中需要考虑的人的生理因素和技术因素。居住区的建筑设计师在对以上的特性进行辩证的分析之后，可以对前者采取软处理的方法，也就是凭灵感创作、经验和技巧以及形象思维、形象描述、定性调查等方法进行处理。而对后者则应该采取硬处理的方法，即依靠数理统计、逻辑思维、各种标准规范、抽象模型、物理实验、电脑系统以及抽象模拟等方法对硬因素进行处理。

设计内容更的软性和硬性不仅体现在从设计草图到施工图的整个过程，还反映在环境生态、建筑造型、居住功能以及技术经济等方面，因为这些方面最终决定了设计的目标效益。软硬综合交叉的设计方法应该贯穿在整个方案的构想之中，从构思到描述，到质量的评定，到识别反馈以及方案的修改和文件的编制，整个过程都要注意软硬思想的综合交叉。此外，在居住区的建筑设计优化中还必须通过一定的接口技术将软硬因素和方法联系起来，最好是能构成技术系统，以便更好的使用软硬综合技术。

软硬综合的技术方法的构成

在处理设计师的创作经验与电脑辅助设计的接口问题时，应该注意一下问题：

1.设计中的新方法是技术系统软性部分的核心技术，当需要对设计方法进行更新时，注意一定要在现有的设计经验的基础上进行。传统的设计技术和方法与创新的技术方法之间的替代是一个逐渐交接的过程。在整个设计的过程中，软性经验所占的比重比较大。

2.由于人工智能只是在一定的经验知识基础上和一定机制条件下的固化，所以设计师的思维创作应该是影响和主导设计方案的最主要因素。同时，计算机能够对数据、图形以及文字信息进行综合处理，从而大大提高设计人员的工作效率。

3.离散数学以及模糊数学的方法都是在居住区建筑设计中处理软硬双重性问题经常使用的技术。而数学方法、逻辑方法以及形象方法和经验的交叉使用常常也能取得很好的效果，即用平衡常数方式和权值来解决对不可直接计量因素的量化分析问题。

4.作为人机交互和软硬件结合的设计条件，CAD是进行居住区建筑设计优化所必备的，在开展设计工作之前，要做好CAD系统环境的软硬件配套，为设计工作的做好软硬件的准备工作。

结语：居住区的建筑设计介于微设计与宏设计之间，受到许多软性因素和硬性因素的影响，具有明显的双重性特征。在进行居住区的建筑设计优化时，要综合考虑和处理软硬因素，交叉使用相关的科学方法。同时处理好在各种技术交叉使用时的接口问题。本文对居住区建筑设计优化的综合性特征进行了介绍和分析，并对处理各种技术运用中的接口问题时应该注意的问题进行了分析和探讨。希望能对相关领域的设计人员和研究人员提供一定的参考。

参考文献：

[1] 岳宗晓. 人・空间・环境──居住区设计“以人为本”之我见[J]. 北京规划建设, 1998,(06)

[2] 张兴国, 郭璇. 三峡库区移民居住区人居环境建设初探――以巫山县大昌新镇移民居住区设计为例[J]. 新建筑, 2004,(06)

硬件设计论文篇6

本文讲述了基于小区住宅智能化的《安全自动报警系统》的设计与实现。

首先在绪论中介绍了此系统的开发背景、意义、系统功能及设计方法。

此后，本文在第二章论述了系统硬件设计过程，确定了机型及器件的选择，论述了系统硬件电路设计、硬件设计结构框图并对所使用各种芯片的功能与特性进行了详细介绍；在第三章中重点剖析了软件设计开发的过程，尤其是主程序、采集和显示子程序和报警子程序的工作流程。

关键词:单片机，微型控制器，管脚，计数器

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

略………

第2章 使用说明 3

第3章 硬件应用说明 4

略………

第4章 软件设计 26

略………

结束语 29

致谢 30

参考文献 30

附录1外文译文 30

附录2外文原文 31

：12000多字（不包括外文翻译）

有中英文摘要、目录、参考文献、外文翻译

300元

硬件设计论文篇7

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2016)12-0123-03

1引言

数字电路、微机原理与接口技术、单片机原理与应用、计算机组成原理和嵌入式系统等硬件课程是计算机、电子信息类等相关专业的专业基础课程。这些课程都具有理论性强、技术性强、理论与实践结合紧密等特点。但是这些课程也存在着内容抽象，难以理解，以及实验环节薄弱[1]，难以跟理论匹配的困难。对此，各个学校进行了积极的探索[2-4]。近年来，随着应用型本科院校的深入开展，本校的信息学院结合面向系统能力培养的课程群建设，对计算机硬件类课程进行了积极的改革与探索，旨在让学生建立计算机系统的概念，提高大学生计算机工程实践能力，培养学生的动手实践能力和创新能力。在此基础上，进一步探索理论教学和实验教学改革举措。本文以计算机专业中硬件课程的开展为例，结合本校的实践及教学中存在的问题，从理论教学体系和实验教学体系两个方面对硬件类课程的教学进行探索。

2问题分析

计算机专业的硬件类课程教学存在诸多问题，下面从几个方面分别说明。1）思想认识偏颇作为计算机专业的学生，给人的第一感觉是软件编程，硬件似乎并不是本专业的强项。基于这种片面观念，无论是在决策阶层还是在广大学生的学习过程中,都或多或少的出现了“重软轻硬”的倾向[5-6]。在某一程度上，这是与培养全面发展的应用型人才相背离的，由此造成了学生后续学习深造或职业发展道路上的硬件瓶颈。当然，在这种问题的背后,也隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题。2）理论为主，理解困难一般高校计算机专业的硬件课程是为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。该类课程的特点是概念多、较抽象和涉及面广，其整体实现思想和技术又往往难于理解。比如微机原理与接口技术课程中的微处理器，介绍微处理器的基本组成原理和内部工作机制，这些都是看不见摸不着的东西，学生学习起来就非常的枯燥，难以理解；又或者计算机组成原理课程介绍计算机的各子系统（包括运算器、存储器、控制器、外部设备和输入输出子系统等）的基本组成原理、设计方法、相互关系等。3）实验方式单一目前许多院校还在沿用传统实践教学模式、方法和手段，比如我们一般采用的“实验加课程设计”的模式。以微机原理与接口技术和单片机原理与应用课程为例，实验学时受到课程总学时的限制，一般教学计划中安排16个学时实验，都偏重于接口的实现部分，对于微机原理或单片机原理都以理论为主。同时，各个实验之间没有明显的联系，并且局限于学时限制，只能抽取一部分完成。学生的独立思考能力、实践能力和创新能力得不到有效的锻炼，有的学生对知识一知半解。即使这样,也难以满足接口内容的系统训练[7]。课程设计是在学完相关课程之后综合利用所学知识完成一个接口应用系统设计并在实验室实现，是一个实践性较强的综合案例。但是传统的课程设计都是安排在期末，学生期末时间紧张，并且前面所学的知识有所遗忘，设计起来就会出现问题。“实验加课程设计”的模式使得教学内容较为单一，综合训练程度不够，缺少系统能力的培养。4）实验考核重视不足实验一般作为平时成绩计入总成绩。以我们学院为例，平时成绩占总成绩的30%，但平时成绩一般包括平时表现、平时作业、课程设计等。所以，即使和课程设计放一起算，实验所占的比重也非常少，这就很难引起学生的重视。5）课程之间缺乏联系，各自为战数字电路、微机原理与接口技术、单片机原理与应用、计算机组成原理、嵌入式系统计等课程的教与学都是各自为战，各门课程间缺乏相应联系,学生很难驾驭整个知识体系。作为计算机专业的学生，给人的第一感觉是软件编程，硬件似乎并不是本专业的强项。基于这种片面观念，无论是在决策阶层还是在广大学生的学习过程中,都或多或少的出现了“重软轻硬”的倾向。在某一程度上，这是与培养全面发展的应用型人才相背离的，由此造成了学生后续学习深造或职业发展道路上的硬件瓶颈。当然，在这种问题的背后,也隐藏着硬件课程教与学中存在的一些问题。

3改革探索

联系我校的课程改革，下面从计算机硬件理论教学体系和实验教学教学体系两个方面进行探索，并提出相关建议。

3.1理论教学体系探索

1）加强课程群建设，突出硬件课程之间的联系通过面向系统能力培养的课程群建设，建议把数字电路、计算机组成原理、嵌入式系统课程结合。数字电路、计算机组成原理、嵌入式系统设计课程在课程知识、研究方法等方面具有密切的内在联系。比如数字电路课程为硬件设计的基础课程，使学生深入理解电路处理信息能力，为后继计算机组成原理课程输出必要且符合规范的ALU、RegisterFiles等部件与组件；计算机组成原理课程使学生深入理解CPU和挖掘CPU性能能力，为后续课程嵌入式系统设计课程输出必要且符合规范的CPU、存储器、中断和GPIO等子系统和部件[8]。这种课程有机结合的形式，有助于学生系统能力的培养。微机原理与接口技术课程与单片机原理与应用课程相结合。这两者具有很多的共同点，比如都是核心芯片（微处理器和单片机）与接口的扩展和应用。所以，可以微机原理与接口技术以理论为主，讲清原理，而单片机原理与应用课程可以完全交给学生动手实践。2）结合多媒体技术，加强课程理论的理解现代教学技术应用与教学改革，教室一般配备完善的多媒体设备，教师大多可以使用多媒体技术进行教学。通过多媒体设备和多媒体课件的综合运用，可以使原本晦涩抽象的知识加以具体化、可视化，从而使学生易于理解，比如计算机组成原理课程中的流水线设计等可以通过有效的动画加以演示。同时以实验和实训配合教学，来加深学生对硬件课程的理解，进而提高学生的编程能力，化抽象为形象，侧重讲原理、讲应用。3）网络课堂作为课堂教学的有效扩充和扩展。网络课程可以解决教学环节中出现的问题：学生与答疑教师交流不方便、实时性差、教师与学生之间不能充分沟通等。同时学生可以进行网上自测：每章节都选取了一定数量的判断题和选择题，包括理论习题集和理论试题，供学生自学时进行测试。学生可以通过校园网下载授课内容进行预习或复习。网络课堂同时使分层次教学变得简单易于实现。教师可以上传一些课堂的扩展资料，供学有余力的学生进行自学。如微机原理与接口技术课程，课堂上集中于8086的讲解，同时在网站上上传一些80286到pentium微处理器的知识，以满足不同层次学生的需求。

3.2实践教学体系探索

1）实验内容多元化实行开放性、设计性实验,提高学生综合能力。采用虚拟实验和实际制作相结合、基础实验和课程设计相结合、传统面包板和现代实验箱相结合的方式，并大胆实施分级教学，创建项目小组自学。教师在讲完理论知识后，引导学生动手制作电子作品，让他们在实践中加深对理论知识的理解。如讲解完单片机原理与应用课程前几章后，可以让学生利用面包板自己动手设计一个最小单片机系统。2）课程设计驱动式将课程设计作为一个综合案例贯穿于相应硬件教学中，将原来期末布置的课程设计扩展到整个教学过程中，边学边设计，到期末时各小组完成整个课程设计，同时开发出简单实用的电子产品以及对应电子产品的开发指南视频。这些电子产品可以是一些常见的电子产品的设计过程（如万年历、频率计、温、湿度测量仪、交通信号灯模拟控制系统、计时器等），也可以是创新实验中学生的成果。这些产品与课本理论知识紧密相连，能够使学生将理论应用于实践，又具有一定的现实意义，激发学生的兴趣。3）以赛促学专业技术课，是一门实践性很强的课程。基于该特点，所以教学当中始终坚持与实践紧密结合：即与实验、大学生课外科技活动、各类竞赛以及与学生实际能力相适应的科研相结合；及时地将接口最新的技术、发展和教师的科研成果融入到教学内容中去。我校学生已参加多届全国大学生电子设计竞赛及暑期培训工作，成绩斐然。4）加强课程实验监管,加大课程实验权重考核分三部分：实验项目考核，对每一个知识点对应的实验项目进行考核，考察学生对实践知识点的掌握；课程设计考核，考察学生综合实践能力；创新能力考核，考察学生创新能力。近几年，学院出台一系列措施，提高学生对实践能力的重视，包括实践抵学分。比如学生参加山东省电子设计竞赛后，相应的课程可以免修。这样，大大提高了学生的学习兴趣。

4结论

目前高校中计算机专业开设的硬件类课程虽然内容不同、各有侧重但在教与学中却存在一些共同的问题,影响了硬件类课程的教学效果,,同时受到诸多方面因素的影响,无法有机地结合和贯穿,导致理论教学和实验教学效果不理想。本文结合自己的一点实践经验，给出了相关的建议。硬件课程的更高效更好地开展，更需要从教学内容、教学模式、教学手段、实验教学等方面进行整合与更新，从而培养社会所需的系统性综合人才。

参考文献：

[1]曹建芳,赵青杉.融入“计算思维”的计算机硬件类课程改革[J].电脑知识与技术,2014(7):1461-1462+1492.

[2]姚登峰.计算机课程整合无障碍技术的实践探索[J].计算机教育,2014(24):58.

[3]刘宏伟,张宏莉.项目驱动的计算机专业实践教学体系初探[J].计算机教育,2015(9):33.

[4]刘鹏,傅婷婷.竞争类项目实践教学方法在计算机类课程中的应用[J].计算机教育,2014(6):48.

[5]唐建宇.计算机硬件课程教学中的若干问题分析与探讨[J].福建电脑,2007(5):188-189.

[6]王艳玲.计算机专业硬件类课程教学改革探讨[J].计算机教育,2009(20):90-92.

硬件设计论文篇8

1 嵌入式软件开发的特点

嵌入式软件的开发具有如下几方面的特点：

1）需要交叉开发工具和环境。由于嵌入式软件本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。这些工具和环境一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，主机用于程序的开发、调试，目标机作为最后的执行机构。开发时主机和目标机需要交替结合进行。

2）软硬件协同设计。软硬件协同设计涉及以下方面：嵌入式软件设计、实时系统设计、硬件设计和软件设计。软硬件协同设计强调硬件与软件的协同性与整合性、软件与硬件的可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。

3）嵌入式软件开发人员以应用专家为主。通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式软件则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。

4）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。

5）软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。

6）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

2 软硬件协同设计概念

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论——软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

3 嵌入式软件开发的方法论

在建立一个完整的嵌入式软件或是产品时，大部分系统都很复杂，不但功能规格很多，还必须考虑例如价格、性能等其他因素，否则很容易做出一个失败的系统或是产品。因此，在进行系统开发之前，必须先了解一些系统设计技术，使得在开发过程中更为顺利。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。

硬件设计论文篇9

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0165-03

一、引言

随着信息技术的发展，计算机硬件基础课程已经成为了理工科专业学生的必修课程，它的综合性和实践性强，是后续专业课程学习的基础。该课程是硬件和软件相结合的一门课程，在硬件设计方面，达到能设计接口电路的水平;在软件开发方面，培养学生使用汇编语言或者C语言进行程序设计的能力，达到能编写接口程序和设备驱动程序的水平。通过该课程的学习，使学生掌握计算机的基本组成结构和工作原理，更重要的是使学生掌握硬件电路设计与应用开发能力，培养学生运用理论知识解决实际问题，因此课程的实践性非常强。

二、计算机硬件基础课程教学中存在的问题

由于该课程教学内容比较抽象，知识点多，学生普遍反应不好学，学习起来缺乏兴趣，这样就更加大了该课程在教学上的难度。主要体现在以下几个方面：

（一）在教学方法方面

传统的教学方法基本以教师讲授为主，学生大多只是被动地接受。由于课程涉及的概念多、专有名词多、接口芯片多，理论基础复杂，往往使初学的学生感觉入门较难。计算机的接口设备之间通常使用汇编语言编程，而该语言属于低级语言，编程复杂，比C语言等高级语言更难掌握，单纯理论讲授使学生难以理解，会使学生觉得枯燥无味，失去学习的兴趣。由于该课程的逻辑性和完整性强，计算机的内部结构是指令系统的基础，不同的CPU采用的指令各不相同，而指令系统又是汇编语言程序设计的基础，指令掌握不好，就会给编程带来困难，各部分知识衔接紧密，一环扣一环，因此，学生必须全面地掌握各个知识点，否则将会严重地影响学习效果。该课程还有一个特点就是硬件电路图多，接口芯片应用举例多，包括各种芯片的内部结构图、时序图、硬件电路图等，接口芯片的应用不仅仅要设计硬件电路，而且要编写应用程序，画出程序流程图等。

由于硬件学习的难度较大，因此在学生中普遍存在重视软件忽视硬件的现象。产生这种倾向的原因是多方面的：一方面是硬件课程掌握起来花费的时间多，个别学生存在急功近利的错误认识等;另一个重要的方面是硬件系列课程的教学改革力度不够，使得目前的教学方法无法与飞速发展的计算机技术接轨，无法满足学生获取新知识的需求。

（二）在教学内容方面

计算机硬件基础课程基本上都是以微机或者单片机为蓝本来学习计算机原理，教材内容覆盖面大。课程往往是以8086/8088、80386或是80486微机的结构为主线，首先讲不同类型微机的硬件结构以及对应的指令系统，然后是基于该系统的汇编语言程序设计，最后是各种接口芯片的结构及应用。但是由于理论学时有限，在教学过程中只能够选择一种微型机芯片或者是某种型号的单片机进行教学，为了适应微型计算机系统的飞速发展，必须改革教学内容，既要强化基础知识，又要加强对学生应用能力的培养;既要把典型的微型计算机原理和架构传授给学生，又要把计算机技术发展的最新水平和状况介绍清楚，使学生能够举一反三、触类旁通，通过学习一种典型的芯片达到对同类芯片的普遍认知，从而具备独立自主的学习能力。其次，随着信息技术的高速发展，微型计算机更新换代频繁、新产品和新技术不断涌现，硬件基础教学中的基础性和先进性、前沿性的矛盾比较突出。当今的微型计算机已经从原来的32位全面进入64位。而现在的教学中还是以16位微机为基础的。因此，该课程内容显得繁杂难学，跟不上时代。

教学内容的改革主要思想是要增加对现代微型计算机系统的介绍。在常规教学内容的基础上，增加现代微机系统中的新技术、新应用和新方法，如USB总线技术、高速缓存Cache技术、多核技术、高性能计算机、计算机体系结构等知识的介绍，以32位微机的典型代表80486和Pentium作为基础教学内容，选用教材也应该反应这种变革，同时兼顾64位微机的介绍。这样既开阔了学生的视野，让学生能更深入地理解软、硬件结合设计系统的方法，又能增强学生将来就业的竞争性。

（三）在实践教学方面

由于计算机硬件基础课程是一门实践性非常强的课程，只有通过实践才能真正地理解其中的知识点，使学生不仅知其然，而且知其所以然。当今社会提倡创新能力的培养，学生如果不通过动手实践，只是死记硬背书上的理论，无法达到教学的目的。但是，由于实践教学中存在的实验设备不足、方法单一，实验内容不能达到学生能力培养的目的，再加上知识点多，学生的学习时间有限，忽视对实验结果的深入分析和理解，导致部分对实践教学内容失去兴趣，往往难以把实验的内容应用在后续的学习和工作中。因此，当前的实践教学无法培养学生必要的设计、创新能力，无法使学生感受到所学知识的应用价值，有必要在这一基础上进行能力培养的扩展。以为国家培养合格人才为目标，重视实践教学的作用，改进教学内容，把实践教学放到和理论教学同等重要的地位。

现在的硬件基础实验多为验证性实验，缺乏综合性实验和设计性实验。学生往往是照抄书上的程序，然后在实验设备上运行来观察运行结果，没有充分发挥学生的创新思维能力，更无法提高学生自主学习获取知识的能力，因此教学效果不理想。目前大，多数高校计算机硬件基础课程都是采用某种类型芯片的实验箱进行，而这些实验箱提供的实验内容为固定模块化的组织形式，学生只需要连接较少的导线，输入现成的程序就可以完成实验，由于实验内容和方法的局限性，学生处于被动接受的地位，从而使学生无法发挥主动性和创造性。

三、基于“口袋实验室”的实践教学新模式

以往学生做硬件类实验都必须在硬件基础实验室里进行，用到的实验器材包括面包板、电源、万用表、示波器等，但是由于实验仪器陈旧、老化，实验内容落后于技术的不断发展。而且由于学生人数远远多于实验设备数，往往是几个学生一组做一个实验。甚至有时候由老师将实验过程和结果向学生展示，而学生得不到充分的应用实验设备的机会。随着新技术的发展，目前的小型硬件开发板已经可以通过USB接口连接到电脑上，再配合图形界面的闪存编程器和调试工具等就能完成硬件基础实验，让学生的实验不再局限于在传统的实验室进行。

国内一些高校已经开始推行“口袋实验室”的教学创新，口袋实验室是将名片大小的实验板卡发到每个学生的手上，装在口袋里可以随身携带，随时操作，在完成各种基本实验的基础上，激发学生的兴趣，发挥学生的独创精神。清华大学、华中科大、浙江大学等国内名牌高校已经开始大力推行口袋实验室的实践和创新，其他高校也紧随其后。比如，华中科技大学电信系的150名学生每人拿到了德州仪器（TI公司）捐赠的一块能揣进口袋，仅有名片大小的LaunchPad开发板，学生可以在寝室、图书馆等地轻松做实验。清华大学学生则获得了Xilinx公司捐赠的Spartan 3开发板。浙江大学的学生以分组的模式开展，每个小组使用一块开发板。为使学生真正掌握所学内容，不设实验室实验，学生分组后发给实验板和软件，课下自行安排，不设统一的作业，由分组学生自行讨论后制定设计课题，以发挥学生的创造性和积极性。不设笔试性考核，进行全部学生参加的各组自选课题大作业演示和答辩，期末的答辩和演示成为教和学的最好检查。国内其他一些高校也开始了口袋实验室的创新尝试，使用的开发板大多以Xilinx，Altera公司的FPGA板卡为主。

借鉴其他高校的成功经验，我们在计算机硬件基础课程的教学过程中开展了“口袋实验室”的创新研究，按照方案制定、授课实践、形成结果、总结推广的步骤实施。其中，方案的制定需要决定硬件开发板的选型和配套开发软件，由于FPGA芯片具有静态可重复编程以及动态系统重构的特性，可以像软件一样通过编程来修改硬件的功能。学生可以通过硬件描述语言完成各种数字电路到高性能CPU的设计。使用FPGA还可以缩短设计时间，特别是当电路有少量改动时，FPGA的优势更加突出，因此，采用FPGA芯片进行口袋实验室的选型优势较为明显。与开发板配套的软件资源丰富，并且要提供丰富的实例以供学习分析。除了给学生提供硬件开发板和配套的软件以外，编写基于FPGA的硬件实验参考教材供学生学习参考。开发板的管理采取学生分组借用的方式，建立损坏赔偿机制，促使学生养成认真细致的工作作风。学生可以选择在宿舍、机房、实验室等场合进行实验。

在实验内容的设计上分为三个类型，验证性实验、设计性实验和综合性实验。紧贴硬件基础课程的理论教学过程，要求学生完成存储器设计实验，I/0中断实验、输入输出接口实验、A/D和D/A实验等基本理论实验。并且及时更新实验内容，循序渐进地培养学生的实际动手能力，为学生开展自主创新活动提供条件。为此，可以将多个独立的验证性实验内容组合成一个综合实验的方式来实现，如将5255并行芯片、8254定时器及8259的中断实验，综合成一个由中断及定时器控制的彩灯循环显示电路的综合设计性实验，培养学生的系统设计能力和独立工作能力。还可以利用当前应用广泛的PCI、USB线以及Windows驱动程序编写等内容，要求学生分组进行设计课题的制作，设计课题由学生自选题目，该题目可以与每年进行的全国大学生电子设计大赛项结合，以发挥学生的创造性和积极性。对于综合性和创新性实验，学生需要撰写实验报告，总结个人实验的结果和体会，通过实验报告的撰写可以培养学生对科技活动的总结能力，科技论文的写作能力。并且采取课堂汇报的方式，由学生讲解、演示，教师提问的方式进行考核。学生通过课题设计熟悉用语言实现数字系统的多种方法，学会工程调试的基本思想，理解数字系统设计的整体概念，体会团队合作的重要性。使学生具有了一定的软硬件开发能力，还可以让学生了解当前计算机应用领域的先进技术，接受新的设计思想和方法，培养学生自主创新能力，可以更好地适应今后的工作和学习，达到良好的实验效果。

四、结束语

计算机硬件基础课程是一门理论性和实践性都很强的课程。随着计算机技术的不断发展，课程的内容也产生了很多新的元素，这就要求改进传统的实践教学模式以适应素质教育和鼓励创新能力培养的要求。基于口袋实验室的计算机硬件课程教学模式可以在学时数有限的约束条件下，为达到较好的教学效果提供支持，体现学生自主学习的新思路。解决计算机硬件基础课程重理论、轻实践的弊端，改善硬件类课程实验设备不足、教学力量薄弱的瓶颈，增强学生的动手能力。

参考文献：

[1]刘多文.关于计算机硬件实验教学改革的思考[J].电脑知识与技术，2010，（19）.

硬件设计论文篇10

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0036-02

根据创新型复合人才培养模式，计算机类人才必须具备三大专业能力：计算思维能力（抽象思维与逻辑思维），算法设计与分析及程序设计能力，计算机系统的认知、分析、设计和应用能力。[1]计算机硬件课程体系就是培养对计算机系统的认知、分析、设计和应用能力的教学模块。计算机硬件课程体系主要包括“电路与模拟电子技术”“数字逻辑”“汇编语言程序设计”“计算机组成原理”“单片机技术”“微机接口技术”“嵌入式系统”“计算机系统结构”等课程。大部分课程是计算机专业的基础核心课程，也是学生在计算机学科领域深入研究和发展的必备知识，其中“计算机组成原理”是全国硕士研究生入学统一考试计算机学科专业考试课程。以上充分说明了硬件课程体系在计算机专业教学中的重要性，同时也对我国高等院校的计算机硬件课程体系提出了更高的要求，因此对硬件课程体系进行整体优化和调整是当前计算机专业教学亟待解决的问题。

一、计算机硬件课程体系现状和存在的问题

1.课程体系结构缺乏系统性

硬件课程体系中的各门课程虽然教学内容不同，教学侧重点也不同，但从属于统一的体系结构，存在一定的层次衔接关系。而很多高校在设计硬件课程体系时，受传统的“重软偏硬”思想的影响，盲目加大软件类课程的教学学时，将人才培养计划中必不可少的硬件课程孤立地安排在教学计划中，忽略了硬件类各门课程之间的系统联系，不考虑内容的衔接与整体的优化。在教学过程中，教师往往只孤立地注重一门课程的完整性，不重视与其他课程相互渗透的交叉关系，不注重为学生后续相关课程打下铺垫。由于“计算机组成原理”是硕士研究生入学考试专业课程，有些高校不得不增大该门课程的教学学时，但竟没有开设该课程的前导课程“数字逻辑”。而另一门前导课程“汇编语言”甚至安排在“计算机组成原理”后教学。课程体系结构缺乏系统性，造成教学内容脱节，知识点孤立，一些课程教学内容重复，严重影响教学效果的提高以及计算机专业人才培养的质量。

2.学生的畏惧心理

硬件课程体系中的课程知识点多，理论性强，概念比较抽象。学生在学习过程中不能在掌握抽象概念的同时进一步进行应用验证。[2]而软件课程只需要一台PC机，学生就能在课后对学习内容通过编程验证，采用直观的方式完成作业和复习，充分调动起学生的学习积极性。高等院校过于重视组织学生参加各类程序设计大赛，无形中就让学生以为只要具备程序设计能力就达到了计算机学科人才的要求。因此学生对硬件课程不重视，孤立地记忆各个知识点，仅仅为了参加考试修满学分才学习，一提到硬件课程就头疼，产生畏惧心理。

3.课堂教学效果差

在硬件课程的教学中，由于教学大纲制订的不合理，教师过分依赖教材进行课堂教学。教材内容陈旧，教材的更新往往跟不上计算机硬件技术的高速发展，许多新技术新思想未能融入到课程体系中。而且现在高等院校课堂普遍采用多媒体教学方式，教师上课所用的教学课件仅仅就是教材的重复，教师的教学方法单一，纯粹为完成教学内容而教学，通过传统的讲授教学方式把知识硬灌输给学生，课堂教学内容与实际应用严重脱节，针对性不强，学生只能被动接收孤立的知识点，无法抓住硬件课程的精髓，直接影响学生学习硬件课程的积极性，最终造成学生无法对计算机系统形成一个整体的认识。

4.实践教学的误区

由于大多数高等院校由于经费不足，计算机专业实验设备的投资更偏重软件类课程，而硬件课程实验设备前期投资较大，后期的维护费用高，课程体系中的“模拟电子技术”“数字逻辑”“单片机技术”等课程由于实验设备的缺乏，更多的是将这些实验课程安排到电信系来开设，直接导致理论教学同实验教学的脱节。而“计算机组成原理”的实验也仅仅是在实验箱上完成，按照实验指导书上的连线图，学生只需要动手插上连接线，拨动几个开关，通过指示灯的亮和灭记录下结果就行了。[3]而且安排的实验全部是验证性实验，对学生理论知识的理解没有很大的帮助作用。

二、计算机硬件课程体系整体优化的探索和实践

针对目前我国高校计算机硬件课程体系的现状和普遍存在的问题，以培养“三重一高”应用型人才为导向，可以采取以下措施对硬件课程体系进行整体优化来有效地提高计算机技术人才培养的质量，符合科学发展观的人才培养模式。

1.创建“三重一高”应用型人才培养模式

“三重一高”应用型人才培养的核心思想是以“重基础、重技术、重能力、高素质”为本，创建符合科学发展观的人才培养模式。通过该人才培养模式能促进学生的全面发展，不断地提升学生的思想品德、科学文化素养、身体素质、心理健康、动手实践能力以及创新意识。在制订人才培养模式时，院校要及时关注当前社会对计算机技术人才的需求，结合高等院校的办学层次和自身特征，充分发挥出学生的特色，才能让学生有更强的社会竞争力和发展潜力。

2.优化计算机硬件课程体系结构

（1）修订教学大纲。根据人才培养模式的要求，及时修改计算机类各专业的教学计划，充分认识到计算机硬件课程体系在培养计算机技术人才的重要地位。组织承担硬件教学课程的教师理顺该课程体系中各门课程的衔接关系和内在联系，有效地整合硬件课程体系中的课程，将多门课程中重复的内容进行有机融合，重新制订各门课程的教学顺序和教学学时，避免课程教学脱节和教学内容的重复，还可以增设“硬件工程师培训”“嵌入式工程师培训”等硬件类的专业选修课程，通过分析各门课程的侧重点以及授课老师的集体交流，拟定出一套能充分体现硬件课程系统化教学的教学大纲。教学大纲中可以将技术落后以及与后续课程联系不大的内容删除，并及时将计算机硬件技术的发展前沿和最新成就补充进来。

（2）编写适用教材。根据本校的教学实际情况组织教师编写符合人才培养模式的硬件教材，在强调理论知识的同时，采用深入显出的方式分析抽象的原理，并增加学科的前沿技术，引导学生去进一步深入探讨。注重培养学生的创新意识，使得整个课程体系中的教学过程更连贯，教学效果更好；并完成与教材配套的多媒体教学课件。该教学课件不能仅仅做成是复制教材内容的PPT文档，要充分体现多媒体辅助教学的功能，要采用多种形式来演示抽象的理论知识点。比如可以利用仿真软件来动态演示辅助教学，还可以采用FLASH动画效果来加深学生对知识的理解，消除对硬件课程的畏惧心理，充分调动起学习硬件课程的积极性，学习效率更高。针对一些比较重要的硬件课程，还可以编写该课程的学习指导与习题解析，帮助学生课后自学和复习。

（3）建立教学网站。利用丰富的网络资源建立硬件课程网站，分模块将各门课程的学习资源以开放形式提供给学生，让学生在课后能及时补充学习内容，获取更多的新技术和学科的发展动向，并通过在线交流来实现师生间对一些核心知识点的探讨。学生也可以通过该网站提交作业和设计报告，并向教师提问。教师也能在该网站获取学生的反馈信息，及时调整教学进度，采用合适的教学手段和方法。

（4）建设课程试题库。为了进一步提高教学质量，科学地进行教学评价以及端正学生的学习态度，必须严格遵循人才培养模式和教学大纲，科学建立起各门硬件课程标准化的试题库。并且要动态地更新试题库，通过计算机系统自动完成整个考试过程，真正实现“考教分离”。教师在教学时必须严格遵循该课程的教学大纲，按要求将重难点讲清楚和透彻，避免考试前透题，以及改卷时送“人情分”。

（5）注重实践环节。实践环节是培养学生创新意识的最好途径，不能仅仅将实践教学作为理论教学的附属品，要切实把实践教学贯穿整个硬件课程体系当中，严格遵循实验教学大纲，编写规范的实验指导书，改革实验考核方式，引起学生对硬件实验的重视。在注重理论知识的同时，也要培养动手实践能力，提高综合素质。[4]一般硬件实验设备的投资比较大，后期的维护费用也比较高，可以建立起硬件虚拟实验室，提供给学生更多发挥创新潜能的机会。像“数字逻辑”“计算机组成原理”和“单片机技术”等课程将一部分验证类实验在实验箱上通过连线完成，设计类和综合类实验可以在计算机上用“软件”的方法来实现，采用EDA技术，应用Multisim、Proteus仿真软件、VHDL硬件描述语言，扩展学生的思维，激发学生的创新意识。同时注重培养学生的工程实践能力，充分利用实验中心的创新实验平台，鼓励学生参加各类硬件设计大赛、电子竞赛和“大学生创新性实验项目”。

（6）加强教师队伍建设。注重硬件课程体系特色教学团队建设，调整师资结构，通过引进高层次的人才，建立学科带头人、师范教师与骨干教师相结合的师资队伍。定期组织教师开展教研活动，及时发现课程体系中存在的问题，进一步地进行修改。注重教师的培训，对新进教师采用导师培养制度，并有计划地安排教师出外学习培训以及参加各种学术交流会议，能获取该学科的最新技术。鼓励教师以团队形式申报各类教学研究项目，有计划地开展教学改革。

三、结语

计算机硬件课程体系整体优化的实现要经历一个长期的过程，需要结合理论教学、实践教学、师资培训、考核方式、教学模式与手段等多方面进行优化。近两年在湖南工学院计算机信息学院推行新的硬件课程体系以来，教学团队在教学中通过不断的实践探索，采取了合理制订应用型人才培养计划、修订教学大纲、重新整合教学内容、改变传统的考试模式、加强实践教学、增设创新实验室等多项措施。从教师和学生提交的问卷调查表以及硬件课程考试成绩统计等数据来看，获得到了较好的教学效果，提高了教学质量，学生对硬件课程的学习积极性和学习效率都有了明显的提高。另外在“三重一高”应用型人才培养方面获得了比较明显的效果，学生在各类竞赛和创新实验项目成绩比较显著，就业率也得到了提高。从毕业生就业的回返调查来看，用人单位普遍认为学生的动手实践能力比较强。实践证明对计算机硬件课程体系进行整体优化，是培养应用型人才的必然要求。

参考文献：

[1]陈付龙，齐学梅， 罗永龙，等.创新能力驱动的层次化计算机硬件课程群构建与实施[J].大学教育，2013，（2）：40-42.

硬件设计论文篇11

引言

嵌入式系统开发平台在对产品周期的缩短以及资源利用率问题上提供了有效的解决方案。然而，这种平台因为较强的专用性和体积较小的缺点使得系统平台中说应用的硬件环境存在很大的差异。在实际运用中怎样对设计开发平台进行合理的开发使其适用于不同的应用环境这是重点。

1 硬件抽象层的内容及作用

内容：硬件抽象层地内容比较丰富，这里做简要的分析。首先是初始化相关的硬件部分，这个部分是系统启动的基础闷在初始化系统和管理内存中发挥着重要作用[1]；编程的支持。因为基本数据的有限性导致嵌入式系统的要求得不到满足，加上需要考虑中央处理单元，在选择基本的数据类型时对系统的同步和互斥操作进行考虑，而这些操作是经过开关中断的方式实现的；寄存器堆。寄存器堆是对中央处理单元只不过寄存器的数量和位宽进行描述的部分；时钟描述。这个部分主要负责时钟的行为；数据指令，这个部分有利于提高中央处理单元的性能，充分发挥其作用[2]；内存控制器，尽管这个部分不是一定要寻在的，但是在使用这个部分时还是需要进行描述的；中断控制器，这个部分的描述主要作用于嵌入式系统的实时性，对于中断的两极进行处理，然后向系统传送信息，这是提高系统反应速度的关键。

作用：嵌入式系统的规模小因此在整体上看其占用的空间也较小。其次，嵌入式系统的课移植性是赋予其生命力的关键。再者，由于嵌入式系统的使用的范围十分广泛，无论是军用还是民用都有其存在。另外，嵌入式系统还具有实时性、专用性等特点。

2 硬件抽象层的设计

通过上面的分析可以看出，硬件抽象层对于嵌入式系统开发平台具有很重要的作用与意义。所以，其设计工作尤为重要。嵌入式系统开发平台硬件抽象层（ESP―HAL）是对硬件的一种抽象。其设计的主要任务就是实现物理硬件到逻辑硬件之间的合理、有效地转换，最终以一种统一的硬件相关功能服务接口的方式，为上层系统的内核提供一套硬件环境[3]，这种环境严格来说只是一种逻辑意义上的环境。不同的开发系统或者平台所提供的硬件环境是不一样的，嵌入式系统开发平台的硬件抽象层即ESP―HAL是与底层硬件设备的系统软件层直接联系的，具体的位置图如图2-1。

图2-1 嵌入式系统开发平台的层次模型

具体的设计流程如图2-2。从设计的流程可以看出ESP―HAL设计要建立在实际需求的基础之上，然后再定义接口，继而对硬件及软件进行设计，设计完成后要进行测试，测试通过后才算是完成了整个的设计。在设计的过程中为了实现硬件相关与硬件无光部分的程序之间的隔离，提高系统的运行效率，要对硬件无关部分进行屏蔽，从而消除硬件之间的差异。这样才能保证硬件抽象层可以为上层软件提供一个不具有硬件特性的接口。同时，为了便于进一步扩展和运用其他的硬件平台，在设计的时候要在ESP―HAL各个子系统层之间定义一个统一的接口，从而实现系统间的信息传递[4]。

图2-2 基于ESP―HAL的设计及模式

ESP―HAL的功能结构主要包括系统的初始化、系统的中断管理、设备的操作控制、告诉缓冲、体系将诶狗的描述、基本配置的定义等。在设计的过程中为了保证系统功能的实现，要对ESP―HAL服务接口进行详细的设计。总之，在对ESP-HAL进行设计之前，要做好一个整体的方案，制定相应的设计流程，并且要结合实际的情况。保证系统的功能得到完整的实现。而且研究也证明ESP-HAL的引入有效地提高了嵌入式系统具有可行性。

3 结语

通过论文的研究可以看出目前，对嵌入式系统中的硬件抽象层地设计进行了分析，为其作为嵌入式系统平台的一部分层次的提高做了实现的准备。通过对其设计和研究的分析，为硬件抽象层在嵌入式系统平台中的应用及推广做准备。最后，希望论文的研究为相关的工作者及研究人员提供一定的借鉴与参考价值。

参考文献：

[1] 郭静寰，孟祥迪，郭丽虹，等. Windows NT硬件抽象层HAL功能分析[J].计算机应用， 2002， 22（7）： 86-88.

硬件设计论文篇12

随着计算机技术的迅速发展及其应用的不断深入，计算机类专业的培养方向趋于多样化。在诸多培养方向中，大部分专业是基于软件理论与应用方向的偏软件专业或软件工程专业，而在这些计算机类专业的本科课程设置中又以软件教育为主。计算机硬件相关课程具有理论性强，不易理解、应用范围广、与实际工程联系紧密等特点。扎实的硬件知识基础是计算机类人才正确理解计算机，掌握软件开发机理的关键，也是本科教育人才区别于短期培训软件开发人员的重要标志。但由于学生普遍存在着“重软轻硬”的现象，同时，目前我校的计算机硬件知识教育在知识体系和内容等方面存在着不尽如人意的地方,使得部分学生毕业后无法胜任计算机硬件方面的相关设计和应用工作。其中，具体问题如下：

1.1课程教学缺乏系统性。

计算机是一个由硬件和软件组成的庞大的复杂系统，计算机知识有着很强的系统性。而在目前的教学中，硬件课程知识与软件课程知识之间缺乏足够的交叉和互补，学生无法深入理解计算机的基本工作原理及其在软件系统中的作用。另外，在硬件课程之间也缺乏充分的衔接，有些知识点重复，有些知识点缺失，这些都导致了学生的知识体系不系统、结构不健全。

1.2缺乏创新能力的培养。

目前我校中开设的硬件实验课程大多以验证性实验为主，教师往往提供了实验的所有环节，大部分学生在做实验的过程中，基本上不对实验的实用性进行延伸思维，只按设定好的正确线路、程序、步骤、数据一一照做。这样的实践不利于学生创新思维的培养，成了另一种形式的理论学习，通过实验达不到理论与实践相结合的目的，达不到培养学生初步科研能力的要求。

1.3在认识方面存在着重软轻硬的倾向。

目前学生中普遍存在着重软轻硬的现象，很多学生对硬件课程的了解甚少，认为硬件课程只是学习计算机的内部工作原理，在计算机应用当中无关紧要，认识不到硬件技术在应用方面的重要性，再加上相应的实践环节难以保证，课程考试评价体系中对硬件实践能力的不重视，导致学生在学习中缺乏积极性。针对以上问题，通过教学改革方案的实施，努力提高计算机类专业学生的硬件知识理解与应用能力，培养具备软硬件开发能力的人才。同时，注重创新能力和科学精神的培养，使学生具备创新思维与工程实践能力。

2硬件系列课程体系建设

2.1建设思路。

硬件课程体系建设的核心任务是全盘考虑各门计算机硬件课程，把他们捆绑起来，统一建设。在教学内容方面，根据学生的具体情况，修订教学大纲，既要避免课程内容重复讲授现象的发生，又要做到各门课程的无缝衔接。在教师方面，定期开展研讨活动，提高任课教师的教学水平，搞好课堂教学。在实验方面，充分利用现有实验设备，做好验证型实验的同时，加大兴趣导向的实验开发力度，努力提高学生的动手能力。

2.2建设方法。

本课题组采用的课程建设方法，按照“整合─分科执行─融合”三个阶段实施。在课程整合阶段，对汇编语言、计算机组成与结构、单片机、嵌入式系统设计这几门课程进行大纲及教案的修订工作，并重点在如下几方面进行整合：a.《汇编语言》和《计算机组成与结构》的整合。在《汇编语言》和《计算机组成与结构》中，侧重于计算机硬件的五大部件、寻址方式和指令系统。这样有利于把“计算机组成原理”中介绍的一般性的知识和具体的微机系统联系起来，给学生打下牢固的理论基础。b.《汇编语言》和《单片机及接口技术》、《嵌入式系统设计》的整合。整合中侧重于硬件编程能力的培养，让学生认识到不同种芯片的指令与功能共通性。这样有利于学生透彻地了解目前普遍使用的微机系统，并具备扎实的硬件编程基本功，有利于单片机和嵌入式相关课程的学习。在分科执行阶段，依照整合阶段所确定的大纲及教案，对学生实施理论知识教育，同时结合各课程实际情况，在课堂中引入课程认识教育，使学生了解本课程在计算机学科中的地位，调动学生对硬件课程的学习积极性。在融合阶段，在实验课程中添加例如万年历电子表设计、贪吃蛇游戏机设计等集趣味性、设计性、综合性于一体的实验，注重培养学生综合运用所学知识的能力，使学生受到更为实际、更加全面的科学研究的训练。此阶段实验的特点是没有现成的模式可循，学生需要融合所学硬件相关知识，独立完成硬、软件设计和调试。

3结论

本文阐述了面向计算机专业的硬件系列课程体系建设方法，本方法将硬件相关课程通过整合-分科执行-融合的过程，使计算机专业学生在理论上掌握晦涩的硬件知识，同时将硬件知识融会贯通，将所学知识应用于实验、竞赛，提高动手能力。为评价本学习系统的有效性，课题组将此系统引入了教学实践中。根据课后对学生的调查，学生普遍反映通过课程系统的建立，学生对硬件知识有了深刻的了解，学习兴趣有所提高，起到了良好的效果。

参考文献

[1]洪霞,李云,张炜.改革计算机硬件课程教学内容,构建科学的系列课程体系[J].实验技术与管理,2009,11:144-147.

[2]惠丽,吴玲,于丽萍.计算机专业硬件课程体系建设的优化与改进[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2013,4:45-46.

[3]刘新平,郑秋梅,孙士明,孙晓燕.计算机硬件课程群实验体系的改革与完善[J].计算机教育,2008,12:117-119.