时间：2022-02-18 07:43:40
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电子系统设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
为适应应用型专业转型的需要，促进电子信息类专业课程向应用型课程转化，文章以“电子系统设计”课程为例，从专业课程的课程理念、教学内容、教学模式、考核方式等方面对适应于应用型人才教育的专业课程改革模式进行了探索，给出了相应的改革内容，为其他应用型课程改革提供了参考。
关键词：
应用型课程；电子信息类专业课程；教学模式
随着信息化社会的不断发展，我国经济建设对人才的需求方向也发生了改变，不仅仅需要学术研究性人才，同时更加需要应用型人才和职业技能型人才，尤其是能将所学理论知识转化为社会生产力的应用型人才的需求比重最大。在这一背景下，各地方高校担负起应用型人才培养的重任[1]，开始将高校人才培养目标向应用型人才培养方向转化，切实通过转型发展促进内涵发展、特色发展，提高质量，解决好急需人才不够用、普通人才就业难问题。在专业转型的大背景下，如何将人才培养从原来的学术型人才培养过渡到应用型人才培养，切实对转型过程中在人才培养方案、专业设置、课程体系、师资配备、教学管理机制等问题提出具体可行的方案，成为高校教育改革研究的新课题。目前本科院校的应用型课程建设已成为当前提高应用型高校教育质量的核心环节，在课程建设中必须能够突出应用性知识的传授与学生实践能力的培养[2]，这样才能将课程的应用性改造落到实处。电子信息类专业课程作为本科高等院校教学中应用性较强的专业课程，由于其专业本身具有的技术更新快、实践性和应用性极强的特点，在课程的教学过程中必须注重新技术与工程性的结合、理论与实用的结合，所以在其教学开展中更应对课程理念、课程教学设计的优化、课程内容、评价体系等方面进行探讨研究。文章从专业转型的背景出发，以“电子系统设计”为例，在专业课程的课程理念、教学内容、教学模式、考核方式等方面对适应于应用型人才教育的专业课程改革模式进行了探索。
一、电子信息类专业课程现状分析
目前国内各高校都着眼于学生动手实践能力培养、并不断提高学生学习的自觉性，但学生在专业课程学习中仍存在缺少创新精神和科学研究的主动性的问题。这也反应了在专业课程的设置及教学活动开展过程中存在的问题，主要表现为理论教学学时长、侧重于理论知识的传授；课程教学活动设计单一，缺乏体验式教学；课程内容更新慢，与新技术脱节；实践环节项目内容缺乏实际性和趣味化，学生难以深入；考核方式单一，仍然是简单的考核学生对理论知识点的掌握程度。这一情况的存在，使学生在面临就业时，与用人企业的需求相脱离，不能满足企业对于综合素质和实践能力强的应用型人才的需要。“电子系统设计”是一门综合性、实践性和应用性很强的专业课程，面向电子信息类专业本科三年级开设的理论与实践相结合课程[3]。课程系统地介绍电子系统分析、规划、设计和工程实现的方法与步骤，并结合技术发展情况，介绍新技术、新方法、新器件在电子系统设计中的应用。该课程是本科生了解当前电子系统技术的窗口，是相关硬件与软件设计结合、将所学理论知识付诸实践、由书本走向实际的桥梁课程，因此其具有电子信息类专业课程的专业技术特点，通过对其向应用型转型课程建设的研究具有一定的代表性。
二、课程改革内容
“电子系统设计”课程的改革主要从四个方面展开：课程理念的转变、优化教学模式、课程内容的更新、建立多元的评价方式。
（一）课程理念的转变
应用型人才不仅需要具备专业知识素养，而且需要能够应用专业知识解决实际问题，因此必须对现有的课程理念进行转变来指导课程建设。专业课程作为专业人才培养的重要教学科目，是学生在教师指导下通过学习专业知识来增长专业知识和专业能力的重要过程。而根据电子信息类专业课程的特点，更应将学生作为课程的主体，由学生主动的发现知识、主动思考、积极地参与学习，同时根据课程特点，由教师在学生的主动学习过程中给予专业指引，不再局限于教师的“教”，而是拓展为教师的“引”与学生的“学”相结合，注重对学生主动性、参与性的培养。同时注重课程教学设计的优化，课程教学内容的设置以及多元化的评价方式。以“电子系统设计”课程来说，主要综合模拟电子技术、数字电子技术、嵌入式系统、DSP处理等相关技术[4]，将理论教学内容向实际应用转化，其教学理念主要更应以学生的“学”为主，通过教师对相关技术及前沿发展的引导，激发学生的主动性，变被动学习为主动学习，在教学过程中除了理论知识讲授外，增加课堂讨论、项目实践，使学生成为教学的主导。
（二）优化教学模式
原有的专业课教学侧重于理论知识的传授，课程教学多采用理论讲授，造成填鸭式、灌输式课程教学方法，学生通过听、记完成应用型课程的学习，这必然导致仅仅对知识的掌握，而脱离实践；同时，启发式、研究式教学的运用少，也导致学生没有学习的主动性。将CDIO工程教育理念[5]引入课程的专题项目教学中，通过对特定专题项目内容的构思、设计、实现和运作，让学生以主动的、实践的方式学习，培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团体能力和工程系统能力，从而培养学生的实践应用能力。在“电子系统设计”课程中，采用以项目设计为导向、基于项目、问题学习的教学模式，通过让学生通过对实际项目的构思与设计来激发学生的兴趣，利用所学知识来开展系统层次上的构思、设计、实现及运用。
（三）课程内容的更新
若对应于项目驱动教学模式[6]，原有的课程内容必然不利用教学实践的开展，同时课程内容也应与专业发展前沿相对应，所以在课程模块中增加技术前沿介绍等的相关板块，并不断更新课程内容，使其与技术发展、专业应用相适应，既要考虑符合专业学习的逻辑，又要注重专业范围的限定和课程内容的顺序安排，尽可能使课程内容对学生有意义并具有合理性和综合性，并且满足不同层次学生的学习需求，适于课程教学活动的开展。在“电子系统设计”课程中，将课程内容整合优化为电子系统设计方法、专题技术知识、项目设计与实践三大模块。其中电子设计方法主要介绍电子系统设计概论、模拟电子系统设计方法、数字系统设计方法、基于嵌入式系统设计方法、基于DSP系统设计方法及电子系统实现过程中可靠性设计；专题技术知识主要结合新技术的发展和新器件应用，将在专业基础课程中所学的相关知识与实际应用相联系，介绍典型传感器应用、模拟信号变换、放大及滤波电路应用设计、基于可编程逻辑器件的数字系统设计、基于嵌入式平台的系统设计、DSP系统应用；项目设计与实践要求学生完成具有工程应用背景的项目的规划、确定项目设计方案、项目设计与实践。这里项目实践配合课程设计实验及学生的课外科技活动、开放式实验室教学进行，使课程的内容改革不仅仅局限于课堂内的教学，而是拓展学生的学习空间。
（四）建立多元的评价方式
现行的课程考核多以阶段性考核（平时成绩）和总结性考核（期末考试）构成，而对于采用学生主动式学习的专业课程，这种考核方式不符合面向应用型人才的培养模式，所以应采取有效且具有多元性的考核评价方式，对学生的知识掌握、实践能力、应用素养等几方面进行综合评价。也就是说需要对学生的知识点转化为实践能力、思维能力、课堂参与程度、作业及实践活动完成质量进行考核。“电子系统设计”课程的考核不仅要考核学生对课程基本理论知识的理解和掌握，还要考核学生对所学知识的吸收与应用情况，同时考核还要体现学生实践动手能力。因此，课程考核包括平时成绩、开卷考试和实践考核。平时成绩主要考核学生对课程的参与程度，包括课堂讨论成绩、课后作业，其中课后作业一方面对课堂讲授知识进行复习，同时要求学生通过文献检索、网络检索对相关新器件、新技术应用进行学习，其占总成绩的10%。开卷考试的命题过程中，从培养应用型人才的目标出发，不再含有记忆型考题，而是采取应用能力型考题。考题涵盖器件应用、电路模块设计和系统设计，其占总成绩40%。实践考核通过学生根据所学知识，进行电子系统设计理论探讨，撰写小论文；完成电路设计、仿真及实现，递交设计报告及作品；实践考核题目可选固定命题，也可以自主命题，特别鼓励同学大胆想象，自拟课题，经教师确认后，完成相应任务。考核过程中设有答辩环节，学生以PPT形式向教师及全体同学展示项目研究及作品，并由教师进行提问，学生给予作答。通过答辩环节主要完成知识点的检查和研究作品的展示，考查学生在从事设计和撰写论文中知识点的应用情况和创新性。实践考核占总成绩50%。
三、结束语
经过对“电子系统设计”课程改革的初探，在课程教学和课程理念的重构方面进一步拓展了思路；课程内容的不断更新使学生开拓了眼界；同时也可以将教师科研方面中应用性较强、具有工程背景的课题项目引入教学；面向实践能力考核的多元化考核机制对提高学生学习主动性、积极性有一定推动作用。我国的信息化建设的不断增强对信息化人才的需求也正在逐年增大。但电子信息类应届本科生的理论基础较好，但动手实践能力薄弱，使学生就业加大了难度，造成了应用型人才的供给不足。通过对电子信息类专业课程的教学改革，提出适用于电子信息类应用型人才学生培养的课程理念，建立既能夯实学生基础实践能力，又可以培养学生创新精神和创新实践能力的平台，建立多元化考核机制，有效地实现学生实践能力的检验，同时与不断追踪信息科学技术的发展，紧跟行业科技进步，不断更新课程内容，将对学生的科技素养、应用能力培养起到重要作用，且对其他应用型课程改革具有一定的参考价值。
作者：马利 张玉奇 牛斌 单位：辽宁大学
参考文献
[1]甘瑶瑶，安立龙，乔玉香.地方应用型本科院校人才培养面临的问题及对策研究———以广东海洋大学人才培养专题调查为例[J].高教学刊，2016（15）.
[2]王春霞.以应用性为导向的《设计概论》课程教学改革研究[J].中国包装工业，2015，16：102+104.
[3]吴大鹏，黄沛昱.“电子系统综合设计”课程建设探索[J].电气电子教学学报，2014，06：41-43.
[4]田良.综合电子设计与实践[M].东南大学出版社，2002.
【关键词】综合电子系统设计；开放式教学；教学模式
1.引言
综合电子系统设计是电子信息类本科学生的一门专业核心课程，该课程是电路原理、模拟电路、数字电路、单片机原理、微机原理和嵌入式系统等多门课程的综合运用，通过设计任务、查找参考资料、设计电路、计算机仿真、安装调试和整理总结等环节，使学生初步掌握电子系统设计的思路和方法，培养学生的工程实践意识。其教学效果直接体现了学生利用现代电子系统的设计方法的创新和实践能力。在教学过程中，笔者一直在思考和探索，试图通过教学模式的改革，激发学生自主学习的积极性，培养出自学能力强、适应性强、具有创新意识和团队协作能力的人才。
2.教学现状
目前该课程的教学模式采用传统的理论授课与验证性实验相结合的方式，注重教学的系统性和完整性，习惯按照参考书的编排顺序组织教学，这种教学模式可以使学生掌握电子系统设计的各种理论和方法，但也存在一些明显的不足。一是理论与实际脱节。传统教学过程中基本原理讲解过泛，软硬件应用举例过于简单，没有针对实际产品开发的案例或应用，技术储备的前瞻性低，学生往往也不了解所学理论在实际项目开发中的哪些环节可以应用以及如何应用。二是缺乏系统设计概念的培养。电子信息类的学生毕业后往往都从事于电子产品开发相关的工作，产品开发是一个整体的过程，即使了解每一个技术细节，需要较强的综合、规划能力，而传统的教学方法无法提供这样的训练。三是缺乏团队协作能力的培养。传统的教学方法中理论的学习和实验的操作都只是个体行为，而实际的产品开发中，往往是一个项目团队合作开发的集体行为，团队协作能力显得尤为重要。因此，以团队协作为基础，以具体应用为导向并贯穿产品开发全过程的实践教学模式将是课程改革的主要方向。
3.教学模式改革
3.1 实施开放式教学，培养学生的主动性和积极性
开放教学的时间和空间、拓宽教学的渠道，引导学生自主参与实践活动，从知识的被动接受者变为知识的主动建构者，灵活地选取探索途径和方法，为学生提供发展创造性思维和实践的机会。教学过程的开放性主要体现在：
（1）选题开放
项目的选取以实践项目为载体，有的来源于指导教师组的科研项目；有的是企业急需解决的实际问题；还有一些是历年全国大学生电子设计竞赛的题目。指导教师根据项目的难度和工作量确定项目的难度系数，学生可以根据自己的兴趣选取不同的课题，或者自拟具有一定工程应用价值的题目。
（2）学时开放
传统的教学时间集中为两周，学时安排较为紧张，很多问题来不及思考就在匆忙中结束。考虑到项目设计过程工作量较大，将项目设计过程分散到一学期内完成，打破了教学周学时的限制，将学习的自交给学生，引导学生发挥其主动性，充分利用好课余时间，实现课内与课外教学活动的统一。
（3）空间开放
由于综合电子课程设计有着严格的验收考核制度，因此，学生实践的空间上不在限制，可以在宿舍、图书馆、机房或者网上预约开放实验室，以进行资料的查询、硬件的安装、调试等。在整个项目设计过程中，无论采取哪种方式，我们都尊重学生的选择，充分发挥学生的主观能动性。
3.2 组建项目团队，培养学生的团队协作精神
在教师指导的基础上，让学生以项目组的形式开展自主学习、自主探究、自我评价，通过相互沟通、协作，高质量、高效率的完成学习任务并共享学习成果，创建团队协作的良好氛围。项目组通常以3人为一组，分成三个角色：项目经理、硬件工程师和软件工程师。学生可以自由组队，自由选择感兴趣的角色，整个项目由项目经理具体组织进行。在课程教学项目化的基础之上，以项目组为单位考核每个实践项目，团队成员共享提问、仿真测试等过程学习环节的成绩。
3.3 优化考核评价体系，实现以评促学
制定及实施科学、合理的课程考核评价体系是课程教学模式改革的关键。针对综合电子系统设计课程理论学习与实践并重的特点，评价体系侧重于学习过程、实践及应用能力的考核，主要构成如下：平时成绩占10%，理论考试占30%，项目制作占30%，课题验收占30%。平时成绩是指课堂表现，参与讨论的程度，完成平时作业的情况；理论考试检查学生对基本理论知识的掌握程度；项目制作包括电路设计、计算机仿真和硬件制作等方面；课题验收是根据项目组完成课题的情况进行综合评价，主要由项目组自评、项目组互评和指导教师组评价三部分组成。
在整个项目的实施过程中，从信息的收集、方案的选择、软硬件的设计与制作、测试到成果的评价，学生全程参与了项目开发过程的每一个环节，成为教学活动的主体。一方面，在积极参与项目开发的过程中，学生的求知欲和兴趣得到了提高；另一方面，通过与项目组成员的合作，锻炼了学生的沟通能力与团队协作能力。
4.结束语
实践结果表明，综合电子系统设计教学模式的改革，极大地解决了传统教学中存在的问题，激发了学生学习的原动力，调动了学习的主动性、积极性，培养了学生综合运用知识的能力、系统设计能力、分析能力、工程实践能力、表达能力和团队协作能力。当然在教学改革的过程中也遇到了一些问题，例如项目工程化对指导教师的要求相应提高，开放式教学的时间长，工作量也相应的延长，如何评价开放后的教师工作量，如何合理考虑他们的岗位津贴等，需要制定一套合理规范的办法；学校与企业联系不够，来源于企业一线的课题相对较少等。这些都是急需解决的问题，还有待在具体的实践过程中不断的总结和完善。
参考文献
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[5]安静.浅谈创新教育理念下的开放式教学模式[J].职教论坛，2010，20：32-34.
关键词：电子系统设计；网络课程；课程网站；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0120-02
一、引言
随着电子信息产业对员工专业技术能力需求的提高，各高校电子信息类专业越来越重视学生的实践能力和工程素养的培养[1]。为了更好地培养学生电子设计综合能力，我院专门开设了《电子系统设计与工程实践》课程。教学过程包括理论授课和实践环节两部分，实践环节主要以分散自主方式进行，通过理论考试和实践作品验收形式进行课程考核。该课程的主要目的是提高学生电子系统的设计和制作能力，但在教学过程中遇到了如下问题：（1）教学内容综合性强、知识点分散、信息量大，而有限的课堂教学学时难以满足要求。（2）传统课堂教学方式侧重于知识的灌输，难于激发学生学习的主动性，不利于学生自主学习能力的培养，而自学能力则是一个优秀工程师的必备素质。（3）现有的教学模式不能为学生提供充分而有针对性的辅导，不利于创造互动讨论平台，限制了教师与学生、学生与学生之间的交流。（4）由于学生完成实践课题以分散方式为主，不便于在学生实践过程中进行监督和指导。
为解决上述问题，本文提出一种“以课堂教学与网络课程相结合”的电子系统设计实践教学方法，将网络课程作为实现教学目标的一种有效教学手段，充分发挥网络课程信息量大、选择性、自主性学习、易于创建交流平台、打破时间和空间限制等优势，与课堂教学相互配合，更好地满足该课程教学的需求。本文介绍了建设网络课程的总体设计思想和原则、课程网站的架构和实现方法以及基于该网络课程进行的相关教学方法的改革和研究。
二、网络课程建设的设计思想与原则
网络课程的载体是课程网站，课程网站是课程建设的重要组成部分，可实现优质课程资源共享，确保教学质量[2]。通过课程网站，既弥补了课堂教学的不足，促进了课程教学水平的提高，也拓展了学生的学习空间，激发了学生的学习热情[3]。在课程网站设计过程中必须以课程教学活动为中心，以实际应用为向导，结合计算机网站建设的相关技术，才能使所建设的网站真正与课堂教学相结合，融入课程教学体系[4]。通过研究，课程网站的设计需要遵循以下原则：（1）以学习者为中心的原则。学习网上资源的主体是学生，所选教学内容应以学生为中心，强调通过自主学习掌握所学知识，培养学生探索知识的兴趣和能力。另外，相比课堂教学，学生从被动接受者转变为主动分析者，根据个人情况对网络资源进行有选择的学习，要考虑不同学生的个性化需求。（2）教学内容与网站设计相结合的原则。网络课程的教学内容是以网站的形式呈现在学生面前，要重视网站的风格、布局以及美工效果，有助于激发学生对教学内容的兴趣。强调以人为本，便于学生在线学习和练习，具有良好的人机交互性。同时，要采取相关技术手段，使网站内容便于更新和维护。（3）教学实用性原则。网站内容不能是课堂知识的照搬，要注重与课堂所讲述知识的联系和区别，要注重知识的扩展，网站内容应尽可能丰富，为学生深入学习提供条件。
三、课程网站的设计
根据课程要求，对网站进行模块划分、网页布局和美工设计，所设计的网站总体结构如图1所示。通过首页进入网站，在首页中提供网站导航，整个网站主要设计了课程介绍、课堂教学、进阶学习、互动交流和实践环节五个版块，其中互动交流、实践环节版块需要进行实名登陆才能使用，其他三个版块可以自由浏览。
“课程介绍”版块：使网站访问者了解课程的整体情况，对课程内容组织、教学要求和任课教师进行介绍。主要提供课程基本情况、教学团队、教学大纲和教学日历的网页浏览功能。
“课堂教学”版块：该版块是网站的主要组成部分，提供课程教学内容的学习与复习，通过自测使学生对知识的掌握情况进行评估，提供课程实验内容和设备的相关资料，实现巩固课堂教学的作用。该版块提供电子课件、自测评估的网页浏览和实验资料的下载功能。在教学内容的选取方面，需要注意网络教学的内容不能是课堂教学内容的照搬，而是要结合网络课程的特点，便于学生自主学习。在本网站的教学内容安排方面，结合任务驱动的思想组织网络课堂内容，首先对课堂教学内容进行概括和归纳，提供各章的重点和难点，将每一章的内容量化为几个相关的学习任务，每个学习任务进一步量化为多个小问题，从而突出相关知识的结构和关联，便于学生建立自己的知识体系，让学生在解决具体问题的过程中学习相关知识，提高学生的学习兴趣。
“进阶学习”版块：该版块在课堂教学内容的基础上，引导学生进行电子设计的深入学习，注重理论知识在实际应用中的运用。主要包括专题讲座、案例分析和应用笔记。其中，专题讲座为在线视频方式，由相关教师就电子系统设计中某一实际问题进行深入讲解；案例分析部分以电子设计竞赛题目和教师科研项目为基础进行整理，使学生了解电子系统设计的全过程，提高实际设计能力；应用笔记部分主要从工程实际出发，提供典型器件的使用方法、设计经验与注意事项。
“互动交流”版块：该版块包括通知公告、在线答疑和学习交流三个部分，用于向学生课程通知，进行教师与学生、学生与学生的交流。在线答疑采取“聊天”的技术方式，由教师规定时间，解答学生的网上提问，并对共性问题进行汇总，在课堂进行统一讲解。学习交流采取“留言”的技术方式，教师或学生建立讨论主题，大家可对该主题发表观点，进行技术交流。通过教师合理的组织和引导，可充分发挥该版块的作用，调动学生进行电子设计的热情和兴趣。
“实践环节”版块：该版块为本课程的实践环节提供了一个规范化的管理平台，主要包括实践课题库、开题申请（提交选题及总体方案）、实验预约、设计文档提交（规范化的设计报告、电路图、程序代码等）和验收申请等部分，有助于教师及时了解学生实践课题的实施情况，进行有针对性的指导。同时，该版块也加强了课题设计文档的规范化管理。
四、基于网络课程的教学方法改革
为了充分发挥网络课程对课堂教学的辅助作用，使课堂教学与网络教学真正的有机结合，不仅网络课程内容要与课程体系相结合，而且要对传统的教学方法进行必要的改革。根据本课程的实际情况，在教学方法方面我们进行了如下改革：（1）将课程网站管理和信息更新纳入本课程的基本教学工作中，制定网站管理制度，安排任课教师作为网站管理员，及时进行网站维护与内容更新，做到与课程进展同步。（2）对课堂教学内容进行重新安排，使课堂教学更加具有针对性，部分教学内容要求学生利用课程网站进行自学。（3）利用网络教学巩固课堂所学知识，根据教学重点设计网站自测评估的试题内容，要求学生进行阶段性复习和自测。为促进学生利用网站资源巩固课堂所学知识的积极性，课程部分理论考试试题可借鉴网站自测评估中的内容。（4）要求教师安排固定的在线答疑时间，并每天浏览专题讨论情况，积极提出讨论主题，与学生进行交流，根据学生在论坛中的讨论情况，反馈课堂教学，使课堂教学更有针对性。（5）利用课程网站对实践环节进行监控，结合该网站制定相关的实践环节管理办法，促进分散式实践环节教学的规范化。
五、结语
本文针对《电子系统设计与工程实践》课程教学中存在的不足，提出了一种将课堂教学与网络教学相结合的教学模式，充分发挥了网络课程的优势，弥补了传统教学方式的不足。对课程网站的基本设计思想和原则进行了探究，结合实际情况设计出符合课程要求的网站，并对相关教学方法进行了改革。经教学实践，取得了较好的教学效果。本文对相关课程网站建设及其教学方法的研究提供了参考，具有一定的借鉴作用。
参考文献：
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[2]顾保磊，吴云.高校精品课程网站建设研究[J].软件导刊，2014，13（2）：175-177.
关键词：毕业设计；EDA技术；VHDL
中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）33-7609-04
毕业设计对于工科院校的学生来说是非常重要的一个学习和综合训练环节，通过毕业设计可检验学生在大学对所学知识、技能的掌握程度，运用理论指导实践的能力，及分析问题、解决问题和知识创新的能力。对于电子类专业的学生毕业设计的选题即是电子系统的设计与制作。目前由于大规模集成电路的发展，电子系统的设计已发生了革命性的变化，尤其是数字系统绝大部分设计已采用EDA技术完成，传统设计的方法逐渐被淘汰。因此，掌握 EDA设计方法及设计工具对电子专业类学生来说非常重要。
1 EDA简介及与传统设计方法的比较
EDA技术涉及面很广，其中包括半导体工艺设计自动化，可编程器件设计自动化，电子系统设计自动化，印刷电路板设计自动化，仿真与测试、故障诊断、形式验证自动化，内容非常丰富。但我们从电子系统设计的角度看，则主要有以下四方面的内容：1）大规模可编程逻辑器件；2）硬件描述语言；3）软件开发工具；4）实验开发系统。其中，大规模可编程逻辑器件是电子系统设计的载体，硬件描述语言是对电子系统进行逻辑描述的主要表达方法，软件开发工具是电子系统设计的智能化、自动化设计工具，实验开发系统是电子系统设计的下载及硬件验证工具。这门技术通过有关的开发软件自动完成了用软件方法设计的电子系统到硬件系统的实现，，它的应用解决了专用集成电路设计面临的难度不断提高设计周期不断缩短的矛盾，大大的提高了电子系统的开发的速度。
EDA设计方法与传统设计的区别主要体现在以下几个方面：
1）EDA采用 “自顶向下”的设计方法。“自顶向下”的设计方法是在顶层对整机电路系统进行功能方框图划分和结构设计，将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，还需将子系统进一步分解为更小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，便于逻辑电路级的设计和实现止。并可逐层描述，逐层仿真，保证满足系统指标。这种设计方法有利于在设计的早期发现结构设计中的错误，提高设计的一次成功率。而传统设计通常采用“自下而上”的方法，结构性设计错误则在设计末期才能发现。
2）EDA设计以硬件描述语言为主。用硬件描述语言进行电路系统设计是EDA技术的一个重要特征。与传统的原理图设计方法相比较，硬件描述语言更适合规模日益增大的电子系统。硬件描述语言能使设计者在比较抽象的层次上描述设计的结构和内部特征。它的突出优点是语言的公开性、设计与工艺的无关性、宽范围的描述能力、便于组织大规模系统的设计、便于设计的复用和继承等。
3）EDA技术是基于芯片的设计方法。EDA技术的设计载体是可编程逻辑器件，EDA设计是对其内部逻辑功能进行设计。一个大规模可编程逻辑器件可将整个电子系统设计在其中，芯片设计完成即电子系统设计完成。 EDA设计重点是芯片设计，电路板仅起到信号连接的作用。传统设计是基于电路板的设计，是以通用的逻辑元、器件为主体设计电路板，设计重点是构成不同功能的电路板。
4）EDA设计方法是自动实现的。EDA技术通过有关的开发软件自动完成用软件方法设计的电子系统到硬件系统的实现。其方案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器件编程等都由EDA工具一体化完成。传统设计的方法则以手工设计为主，对设计人员的要求较高，设计周期较长，难度也较大。
5）高速性能好。与以CPU为主的电路系统相比，基于FPGA/CPLD开发的纯硬件系统的高速性能更好。因为CPU是通过顺序执行指令的方式来完成运算和控制步骤的，而用硬件语言描述的系统实现方式是硬件，是以并行方式工作的。例如，晶振工作频率为12MHZ的MCS-51系列单片机对A/D控制的采样频率为20KHZ左右；若以工作频率为100MHZ的FPGA来完成同样的工作，则采样速度可达50MHZ。
另外，EDA技术有强大的系统建模、电路仿真功能。能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能完成一系列准确的仿真与测试操作。同时由于开发技术的标准化与规范化。它的设计成果是通用的，具有规范的IP核接口协议。良好的可测试与可移植性，为高质高效的设计开发提供了可靠保证。
鉴于EDA技术的优越性，本技术已成为现代系统设计和电子产品研制开发的有效工具，成为电子工程师应具备的基本能力之一。电子类专业学生在毕业设计中使用EDA技术一方面是对学生实际工作技能的训练，同时也解决了对制作实物有一定难度的，而难于对所设计的系统正确性、可靠性进行验证的问题，因EDA技术对系统电路设计正确性的验证可通过计算机仿真和EDA实验平台进行。下面我们通过一个具体实例介绍运用EDA技术进行电子系统设计的方法与过程。
2 设计实例
多路彩灯控制器。
2.1设计任务
试设计一个十六路彩灯控制器，要求如下：
1）彩灯能做6种花型变化；2）有清零功能，可使十六路彩灯熄灭；3）彩灯循环有快慢两种节拍。
2.2设计方案
根据设计要求，该系统应有三个输入信号：控制彩灯循环的基准时钟信号clk_in，系统清零信号clr和控制彩灯循环节奏快慢的选择开关信号chose_key；并有16个输出信号led[15…0]，分别用于控制十六路彩灯。
可考虑将该控制系统分为两个模块组成，分别为时序控制电路SXKZ和显示控制电路XSKZ。其工作原理是，时序控制电路根据输入信号clk_in、clr、chose_key产生符合一定要求的、供显示控制电路使用的控制时钟信号clk，而显示控制电路则根据SXKZ输出的控制时钟信号clk，输出6种花形循环变化的、控制十六路彩灯工作的控制信号led[15…0]。系统方框图如图1所示。
2.3系统设计
1） 时序控制模块。在设计该模块时，可利用计数器来产生所需的控制时钟信号clk。具体实现过程为，在clk_in作用下，计数器开始计数，当计数值达到分频值时，对计数器进行清零，同时使输出信号反相，从而实现对clk_in的分频。其VHDL源程序设计如下。
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
ENTITY sxkz IS
PORT（clk_in，clr，chose_key：IN STD_LOGIC；
clk：OUT STD_LOGIC）；
END sxkz；
ARCHITECTURE beh OF sxkz IS
SIGNAL cp： STD_LOGIC；
SIGNAL temp：STD_LOGIC_VECTOR（2 DOWNTO 0）；
BEGIN
PROCESS（clk_in，clr，chose_key）
BEGIN
IF clr='0' THEN — 当时clr=0清零，否则正常工作
cp
temp
ELSIF clk_in'event AND clk_in='1'THEN
IF chose_key='1' THEN — 当chose_key=1时，实现1/8分频
IF temp="011" THEN
temp
cp
ELSE
temp
END IF；
ELSE — 当chose_key=0时，实现1/16分频
IF temp="111" THEN
temp
cp
ELSE
temp
END IF；
END IF；
END IF；
END PROCESS；
clk
END beh；
仿真波形如图2所示。
2）显示控制模块。在设计该模块时，可利用常数来定义输出的6种花型，同时采用状态机来设计六种花形的循环变化。其VHDL源程序设计如下。
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
ENTITY xskz IS
PORT（clk，clr：IN STD_LOGIC；
led：OUT STD_LOGIC_VECTOR （15 DOWNTO 0））；
END xskz；
ARCHITECTURE beh OF xskz IS
TYPE state IS（s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6）；
SIGNAL current_state： state；
SIGNAL flower： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）；
BEGIN
PROCESS（clk，clr）
CONSTANT f1： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0001000100010001"；
CONSTANT f2： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1010101010101010"；
CONSTANT f3： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0011001100110011"；
CONSTANT f4： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="0100100100100100"；
CONSTANT f5： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1001010010100101"；
CONSTANT f6： STD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）：="1101101101100110"；
BEGIN
IF clr='0' THEN
current_state
ELSIF clk'event AND clk='1' THEN
CASE current_state IS
WHEN s0=>flower
current_state
WHEN s1=>flower
current_state
WHEN s2=>flower
current_state
WHEN s3=>flower
current_state
WHEN s4=>flower
current_state
WHEN s5=>flower
current_state
WHEN s6=>flower
current_state
END CASE；
END IF；
led
END PROCESS；
END beh；
仿真波形如图3所示。
2.3编程下载
顶层电路通过编译仿真后，锁定引脚，在引脚锁定后再通过编译器对文件重新进行编译，将引脚信息编入下载文件中，然后将设计文件编程/配置下载到芯片上，最后在实验平台上进行硬件测试。
3 结束语
目前，在电子工程领域EDA技术应用越来越广泛，是电子产品开发研制的动力源和加速器，是现代电子设计的核心。电子类专业学生掌握EDA技术、应用EDA技术是其必备技能之一。通过毕业设计的训练，使学生对该技术的应用更加熟练。
参考文献：
[1] 焦素敏.EDA应用技术[M].北京：清华大学出版社，2005.
关键词：电子系统 自动化 控制
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0001-02
1 应用电子系统中自动化控制技术的发展
伴随着经济的不断发展，社会对于科技技术的需求在不断增大。电子技术突飞猛进的发展势头在现在经济中起着至关重要的作用。从20世纪末以来，电子技术的飞速发展使得现代电子技术的核心日益趋向计算机管理的自动化控制。依赖于计算机强大的功能，自动地去实现逻辑化的分析、编译、分割以及综合等工作，以达到电子线路的系统化功能。然而在现代的电子系统发展中，容纳的内容更为广阔，电子设计、数字处理、技术优化等都包含在电子系统的自动化控制中。电子系统的发展是一个由浅入深的过程。从20世纪70年代开始，随着一些中小规模的集成电路被不断的开发和应用，当传统手工的制图设计已经无法满足现代科技的设计精度以及工作效率时，计算机的二维平面辅设计由此而逐步发展起来。人们开始从传统印刷电路板和集成电路繁杂机械的设计工作中解脱出来，走向了以计算机软件工具等为核心内容的现代化设计、生产以及分析和测试工作。而在20世纪90年代，电子系统自动化控制技术的开始发展出现以计算机高级语言描述以及系统级仿真、系统综合优化技术为特征的新型电子系统自动化控制技术，使得电子系统工作的效率得到了极大的提高，同时也使得设计者们拥有了更多的时间做出更具创意的设计方案。
电子系统的自动化控制技术最基本的特征是采用计算机的高级语言系统进行语言描述，采用“自顶向下”的电子设计方法，对电子系统进行设计以及功能的划分，然后通过对高层次和电子系统各种行为的语言描述进行设计，通过计算机逻辑综合的各类优化工具的作用生成最终的目标文件，然后通过系统的专用集成电路来实现[1]。电子系统自动化控制技术的发展如今已有30年，大致分三个阶段。即计算机的辅助设计阶段、20世纪80年代以计算机的仿真和自动布线为主要核心技术的辅助工程阶段、90年代后以计算机的高级语言描述以及电子系统仿真综合技术为主要特征的概念驱动工程阶段。电子系统自动化控制技术的不断发展，使得驱动工程的梦想得以实现，不仅利于工程早期发现设计上的错误，同时也避免对设计工作的时间浪费，大大地提高了设计的效率。
2 应用电子系统中自动化控制技术的基本特征及作用
在过去传统的电子系统中，其中手工设计占了相当大的比例。然而手工设计的方法使得电子系统在调试的时候十分困难，而且手工设计的电路又十分的复杂，由于硬件系统无法进行功能模仿，所以如果在设计的某一过程存在错误时，十分的难找同时也不方便修改。在设计的过程中还会产生大量的文档，对于电子系统本身来说，十分的不方便管理。况且对于手工设计而言，很难完全实现将设计过程与具体的生产工艺相一致，因此手工设计存在可移植性差的因素影响。而应用电子系统中自动化控制技术则可以在电子设计的各个层次和各个阶段进行模拟的验证，对电子系统的抽象行为和各项功能都可以具体详细的描述到内部线路等的结构，不但可以缩短电子设计的周期，并且可以降低设计的成本。其次，自动化控制技术拥有各类库的支持，除了逻辑仿真的模拟库和逻辑综合的综合库以外，还有版图综合的版图库和测试综合的测试库。当然，自动化控制技术的文档语言也极大的简化了电子设计文档的管理工作。
电子系统的自动化控制技术具有系统功能的仿真作用，即能够验证电子系统设计模块的各项逻辑功能是否准确到位。设计人员利用电子系统的自动化控制工具，对平台进行测试以此来进行各种功能的验证[2]。同时测试平台也可以对被测试的单元输入信号实现自动地测试矢量功能，并通过输出的波形、文件的记录与在测试平台中所设定的输出矢量进行比较，以此来验证仿真的结果。其次电子系统的自动化控制技术具有逻辑的综合与优化作用，即就是所谓的逻辑综合作用，是将设计中较高而抽象的层次描述进行自动地转换，从而形成较低且抽象层次描述的一种独特的方法。现在的电子系统自动化控制技术工具可以提供良好的逻辑综合功能和优化功能，利用计算机的综合器进行综合的优化处理，从而将设计人员所设计的逻辑电路图进行自动化的转化成为门级电路，之后生成相应的计算机网络表文件。
电子系统的自动化控制技术具有系统时序的仿真作用，即计算机的验证系统在设计模块时的时序关系。可以对输出的时序波形图进行分析处理，从而争取到系统的延迟时间以此来符合设计的各项要求。经过几个设计的不同步骤之后，在确定计算机的设计系统基本下载成功后，即可进行硬件验证。伴随着现代科技的不断进步，电子产品不断发生着的日新月异的各项更新，电子系统的自动化控制技术是各类电子产品开发以及研制动力源和加速器，同时也是现代电子系统的核心内容，尤其是21世纪以来，伴随各类逻辑器件的不断广泛应用，各类描述语言硬件的不断普及，以及各项自动化技术的不断完善，电子系统的自动化控制技术在现代电子产品中的应用也越来越重要。
3 结语
21世纪以来，中国加入WTO以后，电子系统的自动化控制技术在现代电子产品中的应用越来越重要，伴随各类逻辑器件的不断广泛应用，各类描述语言硬件的不断普及，以及各项自动化技术的不断完善，传统的电子设计方法已经无法满足科技日益更新的需求，电子系统自动化控制成为发展的重要的发展趋势，这对于我国电子工业在迎接世界竞争和挑战时的发展都将起到重要的积极作用。
参考文献
【关键词】系统可靠性；成本；可靠性优化；系统工程
1系统可靠性优化概念
通信和电子系统本身就是一个较为复杂的应用系统，其工程的设计和实现中存在多种复杂的关系和约束条件，因此其优化问题就成为了通信和电子系统的重要设计基础。系统可靠性指的是系统正常工作的概率，它取决于构成该系统部件的可靠性以及系统本身的结构方式。主备用结构是提高系统可靠性的一种常用方法。
图1就是一个有备用部件的复杂通信系统的系统模型。其中每个方框表示由许多个元器件组成的子系统，N个子系统串联组成一个可独立工作的系统。图1中用虚线方框表示的一个串联系统为主用系统，其余M-1个串联系统则为备用系统。显然，只要这M个系统不同时发生故障，该通信系统就能正常工作。
图1 具有主备用结构的某通信系统模型
从管理角度看，对系统的规划就是合理的安排各种资源在系统构建中的分配和作用，对于大型的系统工程的实施作用明显。系统越复杂其对其规划的要求就越严格。同时在设计中还需要将可靠性作为系统规划的前提，即在系统设计时不改变整个系统成本的前提下，实现最为可靠的运行配合，即合理的分配各个零部件的可靠度，保证其在各自功能范围内体现出最佳性能，并保证系统运行的可靠性。这里的可靠性设计还应把经济指标涵盖在内，即从技术角度、经济成本角度出发实现系统的可靠与经济性双赢。
2通信电子系统的最可靠性
通信和电子系统本身就是一个较为复杂的多层次系统，其复杂而精密的特点使其运行的可靠性成为了系统设计和实现的首要条件。通信系统的可靠性主要的标准就是其通信的质量，而系统可靠性具体的体现就是在正常工作中错误的概率最低，这个指标的实现取决于构成系统的各个部件的可靠性，以及系统本身的结构方式。
主要设备结构的合理是提高可靠性的重要基础，也是提高可靠性的途径之一。通信系统的主要作用就是输入和输出，在完成这个数据处理的过程中，需要多个电气元件进行参与，即一个主要设备中有多个子系统进行串联组成一个工作系统。而主要系统和辅助系统将构成一个完整的通信系统，可见主要系统的可靠性将决定整个系统的可靠性，即只要主设备或者系统不出现故障该通信系统就正常。
在一个系统中，设计参数有两种，一种为固定参数即系统需要满足的基本性能，一种为设计参数，即待定的某些参数，固定参数是必须实现的，而待定参数则可以看做是优化变量，也就是通过设计参数的改变来影响整个系统运行的效果。此时，各种参数的变化范围就会成为影响系统运行的基本条件，可以理解为目标函数中的设计指标可以构成优化变量的约束条件。因此，寻求系统的最佳性能就是对目标函数的最大或者最小。
3通信和电子系统的最优化算法
通信电路或者通信网络技术的实现都是在给定的技术指标前提下进行设计和实现的，对这些参数产生影响的条件有很多，如幅值、相位、频率等等。如果电路满足技术指标就可以看做为合格，否则为不合格。
尽管初始设计保证所有的系统元件都为标准，即电路满足使用指标要求，但是因为外部环境因素的影响，个元件的运行参数是在一个容差范围内随机变化的。这种元件的容差就有可能使得批量产品的合格率小于需要。如何在设计中，根据指定的技术指标要求，确定合理的电路元件的标称值和容差，使得产品合格率最大而成本最小，这就是优化设计的核心问题，这也是可靠性最优化计算需要解决的问题。
在对某通信系统进行优化计算中发现，可变容差法在接近可行区域收敛速度明显出现大幅下降，大量的时间都将被浪费在可行性修正上，目标函数的下降较小，只能通过降低收敛精度才能实现收敛的目标。即使这样最后的结果也还是会出现某个部件可靠性大于1的不理想状况。
实践中SUMT法和乘子法均能得到满意的结果，但是为了确保计算的稳定性，前者的惩罚因素增速不能过大，因此相对采用的迭代次数就会增加，所以采用采用乘子法进行优化设计，及时先沿着搜索方向向外推算出最小点所在的区间，然后在此范围限定的情况下，二次插值，求得最优步长。
因为某系统价格模型中包含了正切函数，当完好率接近1的时候，函数值和导数值将急剧增加，尤其是导数值很有可能会溢出。通常采用的控制方法是：
（1）利用随机格点搜索目标函数值相对小的域内点，进行乘子法的改善点。随机搜索时都对部件可靠性的上线进行限制，即完好率在0.5-0.6之间。
（2）利用二点差分的近似计算价格函数的导数，以防止其产生溢出效果。根据目标函数的梯度和函数自动调整差分步长，保证导数估计值的截断误差和舍入值误差相近似相等。
利用前面的两种方式，求得某通信系统的两种价格模型的最大可靠性问题和最小成本问题。如下式：
将着这些参数代入到可靠性公式中，就可以得到某通信系统的最优化结果。并根据具体的数据对系统的构成进行合理的修正。
4结语：
通信和电子系统是个复杂的特殊系统，其中包含着大量的优化问题，它们都体现着最优化方法的思想，即在一定客观条件制约下，选取最优路线（策略、方式、安排），以取得最好效益或实现既定目标。最优化问题即为兼顾系统可靠性和系统成本的最优设计问题。对于复杂的设计问题，初始点的选择往往十分重要，它不但影响优化速度和全局最优点的获得，有时甚至会影响到算法的收敛性。首先，必须根据设计经验选择尽可能合理的初始点。其次可采用二阶段算法，即在第一阶段用一个简单的算法在较大的空间搜寻，求得一个改进的初始点，第二阶段再用比较高效的算法，从这个改进后的初始点出发，搜索求得问题的最优解。另外，选择算法时也应注意采用对初始点不很敏感的算法。
参考文献
[1] 李建文.无线通信的电子系统可靠性设计方案优化[J].科技风，2010，（18）.
[2] 高山杰.基于最优化理论与算法的通信系统功能构建[J].现代电子技术，2010，（18）.
关键字 FPGA；EDA技术；微波炉；定时系统
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）20-0047-03
1 前言
以EDA工具为开发环境，以硬件描述语言VHDL为编程语言，以可编程逻辑器件FPGA为设计载体，采用EDA技术自顶向下的电子系统设计，改进传统的电子系统设计观念。这种方法从系统级设计入手，在顶层、方框图级、功能级、门级等分别进行系统描述、功能设计、逻辑设计、电路设计等，由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，极大地提高了电子系统的设计效率、可靠性和灵活性。
下面以微波炉定时系统的设计为例，介绍在MAX+
PLUSⅡ软件环境下进行设计、测试，基于FPGA芯片进行硬件实现的设计过程。
2 设计要求
设计一种基于FPGA的微波炉定时系统。要求：系统通电后处于复位状态。首先，系统读入烹调时间，并显示在数码管上；然后按START键，系统进入烹调状态，剩余烹调时间在数码管上实时刷新；烹调结束后，数码管显示烹调结束信息，系统回到复位状态。在烹调过程中，按PAUSE键或RESET键，可使系统暂停工作或使系统回到复位状态；在复位状态下，按TEST键可测试数码管工作是否正常[1]。
3 总体设计方案
从系统设计要求出发，自顶向下地将设计细化，使功能具体化、模块化。微波炉定时系统由状态控制器、数据装载器、烹调计时器和动态显示电路等模块构成。将各模块连接起来，用图形输入法形成顶层模块，微波炉定时系统顶层模块连接如图1所示。
4 设计实现
首先进行系统设计，划分各个功能模块，然后借助于EDA工具进行具体的模块设计。采用VHDL语言对各模块进行编程，在MAX+PLUSⅡ环境下对各程序进行编译和仿真验证，创建各模块的器件符号，待建立整体系统顶层文件时调用。
状态控制器 状态控制器的功能是根据输入信号和微波炉所处的状态控制自身工作状态的转换，并输出相应的控制信号。仿真波形如图2所示，测试信号TEST=‘1’时，则LD_8888=‘1’，指示数据装载器装入用于测试的数据“8888”；置位端SET_T=‘1’时，则LD_CLK=‘1’，指示数据装载器装入设置的烹调时间数据；启动信号START=‘1’时，则COOK=‘1’，指示烹调正在进行之中，并提示计时器进行减计数；直到DONE=‘1’时，则LD_ DONE=‘1’，指示数据装载器装入烹调完毕的状态信息“donE”，才使COOK=‘0’。中间信号量CURR_STATE指示出状态控制器的5种状态，分别用0、1、2、3、4来代表。
数据装载器 数据装载器的功能是在状态控制器输出信号的控制下选择定时时间、测试数据或烹调完成等信息的装载。利用3个装载信号的组合LD_8888&LD_DONE&LD_CLK赋给变量TEMP，巧妙地解决装载数据的选择问题。仿真波形如图3所示，当LD_8888=‘1’时，输出测试数据，DATA2=“8888”；当LD_CLK=‘1’时，输出设置的烹调时间数据，DATA2=“2453”；当LD_DONE=‘1’时，输出烹调完毕的状态信息数据，DATA2=“ABCD”，将其转化为数码管显示，应为“donE”；当LOAD=‘1’时，表示烹调计时器正处于数据装入状态。
烹调计时器 烹调计时器的功能是实现烹调过程中的时间递减计数，且当计时结束时向状态控制器提供状态信号，以便状态控制器产生烹调完成信号。烹调计时器的内部组成原理图如图4所示，利用两个减法十进制和两个减法六进制计数器的级联，可实现59′59″数之间的计时和初始数据的装载。LOAD=‘1’时完成装入功能，COOK=‘1’时执行逆计数功能，DATA3为来自于数据装载器的输出数据；MIN_H、MIN_L、SEC_H和SEC_L为完成烹调所剩时间，PLUS和MINUS为控制MIN_L进行加‘1’和减‘1’的信号输入端；当数码管显示信息为DONE时，指示烹调完成。
动态显示电路 动态显示电路的功能是以动态扫描的方式将各种显示信息显示在4个LED数码管上，4个数码管的8个数据端是分别并联的，由片选信号控制各数码管轮流显示。该模块由片选、扫描、显示译码子模块整合实现。
对整个系统进行方案设计和功能划分，对各模块VHDL程序进行编写、编译和仿真验证。根据系统设计的行为要求和功能要求，对各模块调用各模块的器件符号，按照图1所示逻辑功能连接起来，形成整体系统顶层文件；通过编
译、功能仿真后，设置芯片的管脚位置，最后将执行文件下载到FPGA芯片中，与电路一起构成微波炉定时系统的硬件电路，并进行实际测试。
微波炉定时系统的仿真波形图如图5所示。将测试信号TEST置为‘1’时，数码管上显示字形“8888”，在置位的过程中，置位端SET_T要始终保持高电平直到置位完成。置入的数为“2828”，当开始信号START为高电平时，整个系统开始工作，进入倒数计时状态。当PAUSE置为‘1’时，暂停工作，仿真波形图中系统暂停时的烹调剩余时间是“2821”；PAUSE回到电平时，继续工作。
5 结语
EDA设计工具和可编程逻辑器件是现代电子技术的基础。以VHDL硬件描述语言进行设计，将微波炉定时系统的核心部分集成在一片FPGA芯片内，可以通过软件编程的方法对其硬件结构和工作方式进行重构，使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷，为电子系统的设计带来极大的灵活性和通用性。
1.1皮卫星可靠性
单粒子效应对卫星星上电子设备的影响是皮卫星设计必须要面对和解决的另一个重要问题。星上电子设备随时面临宇宙射线破坏的威胁,有时单个高能粒子便可导致灾难性的后果。有证据表明:卫星或空问飞行器事故中有39%是由电子元器件故障造成的,而各种高能宇宙射线粒子对元器件的福射损伤是造成电子元器件故障的主要原因之一[2]。宇宙射线对电子元器件最常见的影响表现为单粒子翻转。据有关资料统计,在1971年至1986年间,国外发射的39颗同步卫星中,由各种原因造成的故障统计共1589次,其中与空间福射环境有关的故障有112 9次,占故障总数的71%,由单粒子效应造成的故障有621状,占空间福射环境有关故障的55%[9]。国内外在这方面都进行了大量的研究,其中最具代表性的是由英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UoSat系列小卫星。英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UoSat系列小卫星对单粒子翻转现象进行了研究,试验涉及的存储器包括NMOSDRAMs、CMOS SRAM等。实验结果表明:几乎所有存储器对南大西洋异常区射线中质子都非常敏感;单粒子翻转率随着存储容量增大而增大;所有CMOS SRAM器件上都发现了多位翻转,较低密度的CMOS SRAM发生多位翻转的几率相对较高密度的CMOS SRAM更高[3]。表1. 1和表1. 2分别给出了 UoSat-3卫星和lJoSat-5卫星存储器在轨单粒子翻转的情况。
国内利用“实践四号”和“实践五号”卫星对空间福射单粒子效应做了一些探索。“实践四号” [4]从2月8日入轨以后1个月内共检测到132次单粒子翻转,总翻转次数和时间的相对关系如图1.2所示。从图1.2的结果可以看出,单粒子翻转是一个持续频繁发生的事件,翻转次数足以对系统运行产生重大的影响。“实践五号” [5]的系列实验证明了工业级和商业级器件能在空间环境下可靠运行,但必须经过严格而有效的简选,其检测到SRAM和DRAM在空间环境下单粒子翻转发生的概率分别约为0. 5-4次/(Mb*天)和0. 2-1次/(Mb*天)。这证明了单粒子翻转的频繁性和普遍性,同时表明,经过严格的控制和相应的设计,工业级器件可以在航天上得到应用。
1.2综合电子系统可靠性
综合电子系统是以星务计算机为基础,融合星载其他计算机(如测控与姿轨控计算机等)功能,使用能力较强的商用处理器,通过数据总线连接并管控星载电系统,将传统意义上各分系统的任务集中处理,为卫星平台与有效载荷提供可靠的包括测控、数传、数管、姿轨控等在内的广义数据采集、处理与交换服务。采用综合电子系统技术进行皮卫星设计,可大幅度减少电子元器件种类与数量,从而在满足需求的同时,降低硬件复杂度,提高系统可靠性f6_7]。如1.1节所述,综合电子系统同样面临工作环境复杂和不可维护两个难题,可靠性无疑是综合电子系统设计最为关心的指标之一。皮卫星大量使用商用器件,经过辉选,目前商用器件完全可以满足皮卫星环境温度变化需求;但商用器件不具备抗福射能力,如何通过设计来降低单粒子效应的影响成为综合电子系统可靠性研究的重要方面。目前应对单粒子效应的设计措施主要有两种:第一,通过屏蔽减少单粒子效应发生的概率,但受体积、重量等制约,不能完全消除;第二,通过容错技术避免或降低单粒子效应对系统的影响。
2基于三模冗余的综合电子系统方案设计
2.1时钟同步三模冗余系统的设计要求及其实现
典型三模冗余系统的框架如图2.1所示,该系统由3个相同的处理器、冗余判定模块和故障恢复模块组成。3个相同处理器中运行相同的程序,冗余判定模块对3个处理器的输出进行判断,当其中1个处理器发生故障,产生错误的输出时,冗余判定模块可屏蔽该处理器输出,保证系统给出正确的输出,从而提高系统可靠性。当某个处理器持续出现故障时,可以通过故障恢复模块来对其进行修复,使系统恢复到三摸冗余状态。冗余判定模块要能对3个处理器的输出进行判定,首先要保证3个处理器运行同步,即在同一时刻3个处理器给出相同程序运行结果,否则冗余判定模块将给出错误判断。基于时钟同步的三模冗余系统3个处理器使用相同的时钟源,并且保持严格的同步运行,因此软件设计中无需作其他的考虑,从而降低软件的设计要求,增加软件的通用性。但时钟同步要求3个处理器使用相同的时钟源,电路保持硬件高度一致,并且在完成程序加载后3个处理器严格同步启动。这对硬件设计提出了较高的要求。本文在方案设计中,采用3个相同的处理器作为综合电子系统的运算单元,处理器电路设计完全一致,采用FPGA实现冗余判定模块,同一个晶振输出信号经FPG内锁相环处理后作为同源时钟提供给3个处理器使用;在PCB布板时,尽量保证3个处理器均匀分布在FPGA周围,从FPGA输出的3根时钟线走线形状一致。
3 综合电子系统调试........... 24
3.1 供电链路调试........... 24
3.2 关键器件调试........... 25
3.2.1 FPGA 调试........... 25
3.2.2 DSP 调试........... 26
3.3 虚拟DMA调试........... 27IV
3.4 综合电子系统调试 ...........28
3.4.1 温度传感器和RTC芯片调试........... 28
3.4.2 复位芯片调试 ...........28
3. 4. 3 EEPROM 和 NAND FLASH 调试........... 29
3.5 整星联合调试........... 29
3.6 小结 ...........33
4 三棋冗余系统时钟同步研究 ...........34
4.1 时钟同步试验设计 ...........34
4.2 时钟同步试验及结果........... 36
4.2.1 DSP程序片内运行时钟同步试验........... 36
4.2.2 DSP程序片外运行时钟同步试验........... 37
4.3 冗余判定模块的 实验验证........... 38 4.4 时钟不同步原因探究........... 39
4.5 小结...........41
结论
本文对基于时钟同步的三模冗余系统进行研究,主要取得以下成果:
1、根据三模冗余系统要求,结合皮卫星工程应用需求,完成了高可靠综合电子系统方案设计及硬件实现。经测试表明设计的综合电子系统满足皮卫星应用需求。
关键词：航空系统工程 航空电子 双层任务调度模型 分区调度 分区设计
中图分类号：V247 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0094-01
目前，我国航空电子技术中，相关航空电子软件、机械电子等都有很大的发展，特别是关于航空电子软件开发和使用，我国航空系统航空电子已经由电子机械相关的技术和系统逐步向着航空电子软件技术和系统方向过渡发展，比如，在航空电子应用的航空软件导航系统、雷达等。在航空电子软件的应用上，根据相关软件的安全等级的区别，并按照航空软件的分组策略进行分区。在ARNC 653标准中的规定，MA系统结构，由两层任务调度的策略，以实现各个分区应用软件的执行。在这些分区应用的软件的正常执行工作和使用的过程中，相关的航空电子科技研发人员应当特别需要注意对分区任务调度的研究，为了达到分区应用软件在执行时的正确性，就需要保证分区任务调度的可行性。根据相关文献资料和科研资料中，可以了解到，对航空电子双层任务分区的调度，可以基于单调速率任务分配的调度模型，并通过这一调度模型可以得到航空电子分区设计相关的一些参数或者是一些表达式等重要的数据；还有的是根据最早时限优先调度模型进行分区调度。
1 基于ARNC 653标准，研究航空电子双层任务分区调度模型设计
在研究航空电子双层任务分区调度模型设计方面上，提高航空电子系统的精度，航空系统工程相关设计科研人员通常基于ARNC 653标准研究分析，对于分区管理的概念特别强调。
在航空系统上，一般情况下，一个或者多个航空电子应用软件可以对应一个核心模块，因此，在这个对应的核心模块上可以针对多个航空电子应用软件进行相应的分区处理，通过对分区应用的管理可以提高航空电子系统的容错能力。在分区处理应用中，一般一个或者多个并发执行的进程组成对应了一个分区。
在航空电子系统的实际操作中，轮转调度方式的应用可以很好的对分区模块应用软件的每一个分区进行全部激活；在航空电子系统航空应用软件的各个分区中，根据调度策略实现模块内所有分区之间的互不影响，就应当使激活的分区可以被执行，而没有激活的分区就不能够被执行，这样才能够满足航空电子系统核心模块分区管理的有效性，且保证各个分区之间互不影响与相对独立。当然，航空系统航空电子相关工作科研设计人员在操作系统层对航空电子双层任务分区的调度设计不仅仅可以采用轮转调度策略，还可以采用一些其它方面的调度策略，从有关资料可以了解到相关调度策略，可以采用分层EDF调度方法。分层EDF调度方法在航空电子系统的应用来看，并不算是非常合理有效的调度方法，主要是因为这中调度方法是基于宽带服务思想、且必须要有非常多的周期任务，周期任务繁多这一特点对于航空电子系统来说就不太实用了。
在航空电子双层任务分区调度设计中，一般情况下，当采用单处理器系统的时候，在K个不同的分区里，由于所有的分区都有不同的任务，而且在相同的分区里面也会有不同的几个任务，针对第k个分区其所包含的任务往往使用Γk进行表示，Γk={Τki/1≤i≤nk}，其中，Τki中ki的意思指的是在第k个分区里面的第i个任务，这些任务都具有相对的独立性。对于航空电子系统中所采用的轮转调度的策略需要一轮Trl时间长度的访问，任务执行系数αk，αk介于0～1之间，分区Pk的执行时间为Trl*αk，调度模型总结为图1。
该文就EDF调度策略的调度模型进行相关的探讨和研究，对于这种调度策略仅仅凭借函数表达式来进行调度是不够的，为了能够实现对不同时间时刻的调度，把Γk中的任务进行合理排序，以实现任务的顺利执行。
2 根据分区调度设计，对可调度性进行研究和探讨
针对分区Pk，别的分区对Pk分区的阻塞可以理解为周期任务，这个周期任务用Τk0{0，Trl，Trl（1-αk），Trl（1-αk）}对Pk任务抢占造成的，（对Τk0的解释说明，释放抖动0，周期Trl，执行和截止时间Trl（1-αk））。按照此模型，Γk中的各任务和Τk0都能够调度成功，Τk0模拟了别的分区对Pk的周期抢占影响。
3 结语
随着我国的科学技术的不断发展，我国航空电子技术中，相关航空电子软件、机械电子等都有很大的发展，特别是关于航空电子软件开发和使用，我国航空系统航空电子已经由电子机械相关的技术和系统逐步向着航空电子软件技术和系统方向过渡发展。在航空电子双层任务分区调度设计中，一般情况下，往往会参考ARNC 653标准中的规定，根据两层任务调度的策略，以实现各个分区应用软件的执行。分区应用的软件的正常执行工作和使用对分区设计都有很大的影响。在我国的相关的航空电子系统航空电子双层任务分区调度设计中，相关的航空电子科技研发人员会特别需要注意对分区任务调度的研究，以达到分区应用软件在执行时的正确性，并保证分区任务调度的可行性。
参考文献
[1] 朱晓飞，刘世杰.全国航空电子过程管理标准化技术委员会一届二次会议暨2009年度工作会议顺利召开[J].航空标准化与质量，2010（1）.
[2] 何锋，宋丽茹，熊华钢.航空电子分区层次调度模型及其优化设计（英文）[J].系统仿真学报，2009（19）.
[3] 何锋，熊华钢，宋丽茹.航空电子分区调度研究[J].系统仿真学报，2008（S1）.
在过去的数年里，电子市场，确切地说是存储器市场，经历了巨大的变化。在2000年电子工业低迷时期之前，电子系统设计师很少考虑他们下一个设计中元器件的成本，而更关注它们能够达到的最高性能。
今天，竞争的加剧以及利润率的下降迫使系统设计师在降低下一代产品成本的同时，保持、甚至提高系统的性能。作为这种转变的结果，有一个工业部门经历了实质性的增长，它就是DRAM存储器，尤其是双倍数据速率(DDR) SDRAM存储器。
不同存储器类型的读/写率的比较
DDR存储器最初是一种高性能、低成本的存储器解决方案，主要用于个人计算机和其它成本敏感的消费品市场。近来，由于施加在整个电子工业上的经济压力，非消费产品也开始采用DDR存储器了。
DDR是一种基于SDRAM的革命性的存储器技术。DDR SDRAM的存取速度是SDRAM的两倍，因为DDR的数据传送发生在时钟的所有两个边沿。而SDRAM仅在时钟的上升沿传送数据。因此，DDR能够传送数据的速度高达2133MB/s。与传统的SDRAM相比，DDR还具有更低的功耗。它的工作电压是直流2.5V，而SDRAM是直流3.3V。
市场分析表明，在当今所有的电子系统中，超过50%采用了DDR存储器，并且预计在接下来的几年中将增长到80%。DDR不是，并且永远也不会是一种针对所有设计的技术。DDR存储器非常适用于那些高读写比率的设计。而诸如四倍数据速率存储器，适用于50%读写比率的应用。在左图中确定了多种顶尖的存储器技术以及它门各自所属的读/写曲线。
关键词：EDA；数字系统；VHDLEDA技术
就是以计算机为工具，通过有关的开发软件，用VHDL硬件描述语言完成设计，自动完成编译、分割、布局和仿真等工作，用软件完成设计电子系统到硬件系统的一门技术。
1电子设计自动化技术的内容及特点
1.1电子设计自动化技术
电子设计自动化（ElectronicsDesignAutomation，EDA）是一门实现电子系统或电子产品自动设计的技术。EDA吸收了计算机科学领域的最新研究成果，以高性能的电子计算机作为工作的平台，促进电子工程的发展。所以说，EDA是电子产品和系统设计的综合技术，也是每个电子工程师都应该了解和掌握的一门技术。EDA是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
1.2EDA技术的基本特征
EDA技术是指以计算机为工作平台，利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机自动处理完成。EDA技术的基本特征：按照“自顶向下”（Top-Down）全新设计方法，对系统进行结构设计和功能划分，系统的关键电路是用印刷电路板或者专用集成电路来实现的，然后采用硬件描述语言（HDL）对系统硬件进行功能的实现，最后用综合优化工具生成最终的理想器件。以下介绍相关的几个方面。1.2.1“自顶向下”的设计方法很长一段时间里，电子设计的思路基本就是“自底向上”的设计方法，这种设计方法就好像一块块大石头堆建起来的瓦房，不仅效率低、成本高，而且还非常容易出错，缺点显而易见。于是，人们发明了如今所用的一种全新的设计方法“自顶向下”，这种设计方法首先是系统设计，在顶层进行功能方框图的划分和结构的设计。自顶向下的设计方法使系统被分解为各个模块的集合之后，可以对设计的每个独立模块指派不同的工作小组，这些小组可以工作在不同的地点，甚至可以分属不同的单位，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，并对其进行综合测试和评价。它较先前的“自顶向上”无论是在设计的时间上，还是过程中错误的减少，都得到了很大的提升。1.2.2ASIC设计集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC），在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。利用EDA技术进行电子系统设计的最后目标是完成专用集成电路ASIC的设计与实现。ASIC分为全定制和半定制，全制定是基于晶体管设计方法，设计成本高，周期长；而半定制则是一种约束性的设计方法，其设计简化，周期短，提高了芯片的成品率；和通用的集成电路相比，ASIC的体积更小、功耗更低、性能的提升也相当高；从保密性来讲，其保密性还是相当高的，而且它还具有成本节约等优点。可编程ASIC是专用集成电路的一种，也是应用最为广泛的。可编程逻辑器件的密度高、集成度高、生产方便。1.2.3硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL）是一种用形式化的方法来描述数字电路和系统的语言，它是EDA开发中的很重要的设计工具，也是EDA技术的重要组成部分。HDL是对电子系统硬件设计的一种高级计算机语言，用HDL语言，数字电路系统的设计可以逐层展示自己的设计思路，一些复杂的数字电路系统可以用一系列分层次的模块来表达。早期的硬件描述语言，由不同的厂商和开发商开发，彼此之间互不兼容，且不支持多层次的设计，这些层次之间的翻译工作就要由人工完成。而利用VHDL语言的可读性强，更加容易修改和发现错误。VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，它作为IEEE标准的硬件描述语言和EDA的重要组成部分，经过十几年的发展、应用和完善，正逐渐被众多设计者所接受，这种高层次的方法已经被广泛采用。VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，是一种面向设计的多领域、多层次的全方位的硬件描述语言，这种语言几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能。VHDL具有以下几个优点：（1）强大的硬件描述能力。可以用来描述系统级电路，也可以用来描述门级电路，设计描述具有多层次。（2）支持广泛、易于修改。VHDL已经成为IEEE标准，目前，多数EDA工具都支持VHDL语言，这种高层次的方法已经被广泛采用。（3）作用强大、设计灵活。它具有作用强大的语言结构，能用简洁明了的源代码来描述复杂的逻辑控制。（4）移植能力强。它是一种标准化的硬件描述预言，同样一个设计描述可是被多种不同的工具所支持，这样就使得设计描述的移植得以实现。（5）工艺转换方便。它的设计不依赖于特定的器件，工艺转换方便。
2、EDA技术的应用
现如今，EDA技术发展迅速，已经在教学应用、科研应用、产品设计与制造等方面占据一席之地，发挥着巨大的作用。
2.1教学应用
大部分理工科院系都开设EDA课程。让学生在校期间了解EDA技术的基本原理、HDL硬件描述语言描述系统逻辑的方法，模拟仿真电子电路设计，通过实践提升学生的动手与自主能力，为今后从事的工作打下坚实的基础。
2.2科研应用
电路设计与模拟仿真主要使用EWB等工具进行，举个例子，在CDMA无线通信系统中，移动手机和无线基站都工作在相同的频率，每部手机都有自己唯一的序列码，用来区分电话的呼叫。而CDMA的BTS必须能识别这些不同的码序列才能辨别传呼进程，这是通过在输入数据流中探测到特定的码序列来完成的。
2.3产品设计与制造的应用
从电视、冰箱、音响到电子玩具等各种电子产品电路，EDA技术在模拟研制、仿真、生产、调试等方面都有着重要的作用。可以说，EDA已经成为电子工业领域必不可少的技术支持。
3、EDA技术的发展前景
当今社会，电子产品发展日新月异，为了既快又好地设计出新的电子产品，提高设计效率和产品性能，设计师需要更加简便快捷的EDA工具，这对EDA技术提出了更高的要求。
3.1EDA技术发展的新方向
3.1.1向高密度、高速度、宽频带方向发展设计方法的更新得益于电子器件的发展，随着电子产品的飞速发展，高密度、高速度和宽频带的可编程逻辑产品已经成为主流的，这些高密度、大容量的可编程逻辑器件的出现，给现代电子系统（复杂系统）的设计与实现带来了非常大的帮助。设计方法和设计效率有了新的飞跃，带来了器件的巨大需求，这种需求又促使器件生产工艺的不断进步，而每一次工艺的改进，可编程逻辑器件的规模都将有非常大扩展。3.1.2向可预测延时的方向发展现如今的大数据时代，需要处理的数据量越来越大，就需要其具有大的数据吞吐量，而且多媒体技术发展迅速，图像及影像的实时性要求较高，这就需要有高速的硬件系统。为了可以保证图像实时性及稳定性，器件的延时可预测性就是一个重要的因素。所以，逻辑器件的可预测延时是非常重要的。3.1.3向低电压、低能耗方向发展集成技术的飞速发展，工艺水平的日益提升，全世界都掀起了节能的潮流。因此，要适应时代的潮流，半导体工业也必须向低电压、降低能耗方向发展。
3.2应用前景
在信息通信领域中，需要优先发展高速宽带信息网、计算机及软件技术、第三代移动通信技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，研发新兴的产业。自动化仪表的技术发展趋势将计算机技术、通信技术进一步的融合，大力地推广信息化。在电子设计的研发中，它可以代替设计者完成电子系统设计中的绝大部分工作，而且可以直接在程序中修改错误，系统功能也不需要硬件电路的支持。随着EDA技术的发展，EDA技术具有更好的开发手段和性价比，具有广泛的市场应用前景。
3.3未来展望
从目前的EDA技术来看，其发展趋势是使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。中国EDA市场已经日趋成熟，但是大部分的设计是面向PCB制板和ASIC领域，只有小部分的设计是开发复杂的片上系统器件。EDA技术将在自动化仪表的测试技术、控制技术、计算技术等方面有较大的突破，在ASIC和PLD设计方面，以高速、高密度、低能耗、低电压等方面发展。
4、结语
EDA技术的应用十分广泛，现在已涉及电子、通信、机械、航天、医学、生物、军事等各个领域。所以无论是生活、学习、还是工作，都离不开EDA。因此，作为一名大专院校电子类专业的学生，我们应该熟练掌握EDA技术用于CPLD/FPGA的开发和知晓EDA技术在未来发展的前景，只有这样才能去适应激烈竞争的环境，在激烈的竞争环境中取得成绩。
[参考文献]
[1]杜玉远.EDA设计快速入门[J].电子世界，2004（1）：24-25.
关键词：嵌入式系统；应用模式；两个层次
1 嵌入式系统的发展史
计算机诞生于1946年，在漫长的历史进程中，计算机始终由于其体积大和不便携带而始终搁置在室内，用来完成数值计算的大型设备。随着20世纪70年代微型机的出现，微型机嵌入式专用化的深化，而进入嵌入式系统独立的微控制器发展时期，嵌入式处理器与集成电路技术发展成带处理器内核的单片机，即微控制器智能化电子系统。微型计算机以其小型、价廉、性能可靠的特点，逐步走出机房；快捷高速计算能力的微型机，智能化水平以及专业人士技能的不断提高，要求将微型机嵌入到一个不同应用实体中，实现其智能化的控制。
在工控机和单板机时期，无法彻底地满足嵌入式系统小体积，低价位、高可靠性要求，现在我们的日常生活中嵌入式系统无处不在，有着较广泛的应用领域，如：手机、汽车、家用电器、都有嵌入式系统，随着互联网和微处理器的开发研究，将来嵌入式系统在人们日常生活、工业、科技、军事等领域都会有广泛地应用。
2 嵌入式的定义和特点
在嵌入式系统应用领域中，现在有许多人对嵌入式系统了解较少。其实单片机就是嵌入式系统的代表；也有些人对嵌入式系统无法给出较完整的定义，而是把嵌入式系统的特点和定义混在一起。因而有必要从计算机的发展历史，了解嵌入式系统，从科学和专业角度来探讨嵌入式系统和特点。
2.1 嵌入式系统要素和定义
按照嵌入式系统开发和应用的要求，嵌入式系统可概括为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统三个基本要素。定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、工耗严格要求的专用计算机系统。
2.2 嵌入式系统的特点
嵌入式系统应用软件是嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也使其具有以下的特点：⑴软件固态化存储提高了执行速度和系统可靠性，嵌入式系统软件一般都固化于存储器或单片机本身。⑵软件代码质量高、半导体和处理器速度可靠性不断提高、存储器容量增加，具体应用中存储空间仍有实时性的要求。
⑶在多任务嵌入式系统中，基本要求是高实时性，保证对重要性不相同的任务合理调度是任务执行的关键，单纯提高处理器速度无法达到和完成，只能由优化的系统软件来完成。
⑷嵌入式系统需要开发工具和计算机具有完善的人机接口界面，并增加一些开发应用程序即可进行对自身的开发。
⑸嵌入式系统软件需要开发平台具有完善的操作系统和应用程序接口，新开发的软件应用程序必须在平台上运行，嵌入式系统的应用程序则可以没有操作系统直接在芯片上运行。
⑹嵌入式系统开发人员以应用为主，计算机开发人员一般是计算机科学或工程方面的专业人士，而嵌入式系统是各个不同行业的应用相结合，需要的是计算机以外的专业知识，嵌入式系统开发人员都是其他应用领域的优秀人才。
2.3 嵌入式系统的种类与发展
按照上述瞒足嵌入式系统定义及定义中三要素的计算机系统，即可称为嵌入式系统。嵌入式系统可分为设备级、板级、芯片级。有些从事嵌入式开发的人员把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，将嵌入式处理器构成计算机系统，并与嵌入式共同应用时，这样的计算机系统才是嵌入式系统。
嵌入式系统与对象系统密切相关，主要发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求所涉及的电路，够成满足对象要求的应用系统。嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。才可以把定义中的嵌入式系统看成是满足对象系统要求的计算机应用系统。
3 嵌入式系统的发展前景
3.1 嵌入式系统引入单片机的发展
微型计算机的出现诞生了嵌入式系统，可是微型计算机的体积、价位、可靠性无法满足对象系统的嵌入式应用要求，为此；嵌入式系统的独立发展道路就是芯片化道路。把计算机系统设置在芯片上，而进入了单片机时代。
在单片机的发展进程中，有过两种模式，即本质上的计算机直接芯片化模式，它是将计算机系统的基本单元进行裁剪，设置在一个芯片上，形成单片机，芯片则完全按嵌入式设计出新的嵌入式应用体系结构，微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。才是全面完善的嵌入式系统。芯片化模式是嵌入式系统独立发展并成为单片嵌入式系统的典型结构体系。
3.2 嵌入式系统发展前景
日益普及的家用电器体现了互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景，带来了新的生命；也对嵌入式系统、软件技术带来新的挑战。包括：支持迅速增长的功能密度、快捷的网络联接、小巧的移动应用和多媒体信息处理，因此也带来了更加激烈的市场竞争。
⑴嵌入式软件开发需要完备的开发工具和操作系统支持，随着网络技术的成熟，网上提供的信息量也越来越大、应用项目像电话、手机、电冰箱等嵌入式设备的功能多样化。为满足功能的多样化，专业人士采用更强大的嵌入式处理器来增强处理能力；同时还应用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能，简化应用程序、确保软件质量和开发周期。
⑵随着嵌入式实时操作系统的国际商品化，已有WindRiver、Microsoft、等产品进入我国市场。自主开发的嵌入式系统软件产品如科银公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem，它不仅包括嵌入式实时操作系统，而且还包括交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等。
⑶互联网的逐渐普及和迅速发展。嵌入式系统要求配备标准的或多种网络通信接口。为应对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，由于家用电器相互关联（如防盗、影视和信息终端交换）及协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备多种实用或通信接口，也提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
⑷嵌入式产品设计降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。支持电子设备向小尺寸、微功耗和低成本方向发展。为满足这种特性，并相应提高了嵌入式软件设计技术要求。选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器性能。因此；既要软件人员经验丰富，同时需要先进嵌入式软件技术。
⑸嵌入式设备受众多家庭和人们喜爱，原因是它们与使用者之间具有亲和力，能提供丰富多样的人机交互界面，如信息终端交互要求以夜景或电子屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号、彩色图形、图像已取得初步成效。
4 嵌入式系统的两种应用模式
因嵌入式系统具有多学科交叉的应用特点，则需要计算机领域人员介入其结构体系、软件技术、工程应用的研究。所以了解对象系统的控制要求，实现系统控制就应具备该领域的专业知识。从嵌入式系统发展的历史，以及嵌入式应用的多样性，足以了解到嵌入式系统形成的两种应用模式。
4.1 现存的两种应用模式
从微型机出现到独立发展的单片机时代，嵌入式系统从原器件状态进入到电子技术领域，从电子技术应用为主体，到电子系统的智能化，计算机专业人员没有真正进入单片机应用领域。所以电子技术应用专业人员以习惯性的电子技术应用，进入到单片机的应用开发。这种应用模式具有：软、硬件的低层性和随意性，缺少计算机工程设计方法。
尽管在单片机时代，计算机专业出现嵌入式系统领域，随着后微型机时代的到来，网络、通信技术迅速发展；嵌入式系统软、硬件技术有了迅猛发展，为计算机专业人员进入嵌入式系统应用另辟了新的空间，使得嵌入式系统应用模式带有计算机工程应用的特点，即嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式低层次应用。
4.2 两种模式的并存与互补
由于嵌入式系统最大、最广、最低层的应用是传统电子技术领域和智能化改造，以针对专业电子技术队伍为主，以较少的嵌入式系统软和硬件成本，使其产品带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式较长时间存在。也使得计算机专业设计师会愈来愈多地介入嵌入式系统，由于对象专业知识的差别，其应用领域会集中在网络、电子商务等方面，无法替代电子系统人员在控制、仪器仪表、智能化等方面的嵌入式应用。所以，现存的两种应用模式会在一定时期并存下去，同时在不同领域相互补充。在嵌入式系统软和硬件研发过程中，不断学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术，在电子系统设计过程中，不断了解嵌入式系统应用的电路系统特性及电路设计方法和对象系统的设计原则。
4.3 嵌入式系统应用的两个层次
嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，在实现最低层的嵌入式系统应用，使其有着明显的电子系统设计特点。许多从事单片机研发人员，都是电子系统设计的专业人士，由于单片机的出现，部分人员脱离了计算机领域，另辟途径而进入电子系统领域，且没有带入嵌入式系统理念。所以：许多从事单片机应用的人，没有真正了解单片机与嵌入式系统，在涉及嵌入式系统时，往往理解成计算机专业：从事网络、通信等的应用。从而形成了“单片机”与“嵌入式系统”两个独立的名词。因为“单片机”是独立产生的嵌入式系统，应该把它统一归结到嵌入式系统。也可以把嵌入式系统按应用对象分成高层次与低层次，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低层次应用。
5 结束语
由于嵌入式系统的市场巨大、潜力无限，全球的生产商都非常看好这一领域，且投入了许多人力物力，而围绕嵌入式系统的研究、设计和研发正成为计算机发展方向。笔者结合自身的学习和积累以及网站资料的搜索与分析，对嵌入式系统发展及应用进行了概述，希望能同从事嵌入式开发的人员共同探讨，为使嵌入式系统在未来的发展，能给人们的工作、学习、生活带来更多的便利而共同努力。
[参考文献]
[1]ARM嵌入式技术实践教程.http：//.cn/buaa.
[2]姚正.计算机发展趋势展望[J].《商情（教育经济研究）》2008年第1期.
[3]沈连丰，宋铁成，叶芝慧.嵌入式系统及其开发应用[M].北京：电子工业出版社.
