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《系统级芯片（SoC）设计》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：课程名称：系统级芯片（SoC）设计学时/学分：32/2学时分配：授课：24 实验： 8适用专业：集成电路设计与集成系统、电子信息技术、微电子、计算机工程授课学院：微电子学院、计算机学院先修课程：电子线路基础、数字逻辑电路、超大规模集成电路设计专用语言同修课程：教材及主要参考书：教材：魏继增、郭炜等编《SoC设计方法与实现》（第4版）, 电子工业出版社，2021。
参考书：（1）田泽著，《SoC设计方法学》，西北工业大学出版社，2016（2）潘中良，《系统芯片SoC的设计与测试》，科学出版社，2009二、课程简介通过该课程的学习，使同学们掌握SoC设计的概念、设计流程、IP复用方法、SoC验证与测试、SoC低功耗设计和后端设计。
通过上机实践锻炼SoC设计仿真与验证的能力，通过课程设计，培养学生进行系统级芯片设计、文献检索、综合分析、EDA软件使用、沟通交流、团队合作等能力。
三、课程目标1. 工程知识能力：掌握系统级芯片的概念、架构、设计方法和技术等专业知识，并能够正确应用这些专业知识对系统级芯片的工程问题进行表述和分析；2．设计开发能力：能够针对具体的应用需求，提出系统级芯片的设计原型方案，体现创新意识，并正确使用EDA工具软件对提出的系统级芯片设计方案进行实现、仿真和验证。
3. 沟通合作能力：能够根据系统设计需求，进行团队合作，完成团队分配的工作，撰写设计方案，能够清晰地进行陈述发言表达自己的设计思想，与他人进行沟通和交流。
4. 情感素质：让学生了解国内集成电路行业面临的挑战，激发学生的兴趣与责任感，具有投身奉献集成电路行业的热情；通过SoC设计技术的研讨，使学生意识到精益求精的重要性；通过实验和课程设计环节，使学生在设计环节中要考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，培养成诚实守信、严谨求真等工程伦理素养。
四、基本要求本课程涉及了数学、物理、电工电子、计算机、超大规模集成电路设计等领域相关理论基础与专业知识，与工程应用密切联系，具有很强的实用性。
附件3：《电路设计CAD》实验课程教学大纲大纲执笔人：郭湘德课程负责人：郭湘德大纲审核人：李泽文编写时间：2011.9.12课程编号：0809100055英文名称：The Electric Circuit Design CAD学分：1.0 学时：30适用对象:测控技术与仪器专业。
先修课程：电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、电工学等。
一、课程性质与目的本课程属于专业基础课、必修课程。
该课程以PROTEL软件为主体，介绍了电路设计自动化EDA的一种综合设计环境，是一门实践性很强的课程。
通过本大纲所规定的全部内容的学习与实践，使学生掌握电子线路计算机辅助设计的基本概念，掌握用计算机绘制电路原理图、印制电路板设计的基本内容和基本方法、简单电路仿真的基本过程、基本方法和技巧，为今后在实际工作中的应用打下基础。
本是一门重在实践的课程，学生必须通过上机实践掌握所学的知识，故全课程教学主要是通过机上操作来完成。
机上的操作学习环境为PROTEL 和EWB。
二、基本要求（1）熟悉Protel 2004设计环境、功能模块和环境参数的基本设置。
（2）掌握文件管理器和元件库管理器的使用，以及设计数据库文件和原理图文件的建立和管理。
（3）掌握原理图绘制工具的使用、元件的编辑操作、元件的参数和属性的设置。
（4）掌握电路的布线操作、电源设置、接地设置、输入/出端口设置、总线绘制及设置、图形绘制等。
（5）掌握绘制原理图基本过程、基本方法和常用技巧，能绘制完整的原理图并产生相关报表。
（6）掌握元器件库编辑器的使用及管理，熟练新建元件图形符号的绘制和元件库的建立。
（7）掌握层次原理图的概念和设计方法，熟练建立层次原理图、生成I/O端口符号和方块图符号。
（8）理解电气规则检验的概念。
（9）掌握网络表、元器件列表、交叉参考表和网络比较表的生成方法。
（10）理解PCB的基本概念和制作基本原则，掌握PCB的布线流程。
（11）熟悉PCB设计编辑器、PCB绘图工具的使用和电路参数设置，熟悉PCB 的自动布线和手工调整的操作。
《计算机体系结构》教学大纲英文名称：Computer Architecture预修课程：计算机原理、数据结构、操作系统、编译原理、高级语言总学时数：45学时，其中讲授36学时，课内实验4学时。
学分：2.5教学对象：计算机科学与技术专业本科学员开课学期：第6学期一、课程的性质、地位和任务该课程是计算机专业一门非常重要的专业基础课。
课程系统介绍进行计算机系统设计所必须了解与掌握的专业知识，重点介绍计算机体系结构的基本思想、基本概念、设计原理、设计方法与评价分析方法。
本课程内容广、概念多、系统性强、实例多，涉及计算机体系结构技术领域前沿。
本课程的任务是要使学生能够系统全面正确理解和掌握计算机体系结构技术的基本思想，并培养学生按照定量分析的方法初步设计和评价计算机系统的能力。
二、教学内容和要求（一）计算机体系结构基础内容和要求：了解计算机系统设计的基本任务；了解计算机技术发展的趋势；了解计算机性能与成本的影响因素，以及性能的评价方法，掌握计算机体系结构基本概念和定量分析方法的基本原理。
重点：计算机设计的基本任务，计算机体系结构基本概念，定量分析方法基本原理（二）计算机指令集结构设计内容和要求：从计算机系统指令集结构设计出发了解典型指令集结构的技术特点及其发展，掌握计算机系统指令集结构的设计方法以及各种设计方案的优缺点；掌握一种RISC指令集结构实例。
重点：计算机系统指令集结构设计，RISC指令集结构实例（三）流水线技术内容和要求：掌握流水线技术的基本原理及其性能评价方法；掌握RISC指令集结构流水线的基本设计方法，并能够从数据相关与控制相关两个方面分析流水线性能，掌握提高流水线性能的软硬件方法。
掌握向量处理机原理；了解基本的向量处理机结构；掌握向量处理机性能改善和评价的基本方法。
重点：流水线的基本原理与设计、分析评价方法、向量处理机原理（四）指令级并行内容和要求：掌握指令级并行的基本概念、指令的动态调度技术，理解控制相关的动态解决技术，掌握多指令流出技术的基本原理。
《微电子技术概论》复习大纲
1.考试的总体要求，包含考试范围、要点以及各部分所占比例。
总体要求：
本课程以硅集成电路为中心，要求全面掌握有关微电子的专业
基础知识，重点是集成器件物理基础、集成电路制造工艺、集
成电路设计和微电子系统设计的基本方法。
考试范围、要点以及各部分所占比例：
一、概 论（5分）
微电子技术的发展历程、集成电路的分类、设计和制造特点
二、集成器件物理基础（35分）
半导体的特点、共价键模型和能带模型、半导体中的载流子
和电流、半导体基本方程；
PN结和晶体二极管、双极型晶体管、MOS场效应晶体管等
集成器件的工作原理、电特性、模型和基本模型参数；
三、集成电路制造工艺（15分）
硅平面工艺的概念、氧化工艺、扩散和离子注入掺杂技术、
光刻、制版、外延、金属化、引线封装、隔离技术、绝缘物
上硅（SOI）技术、典型双极和CMOS集成电路工艺流程
四、集成电路设计（25分）
集成电路中的无源与有源元件以及互连线、双极集成器件和
电路版图设计、MOS集成器件和电路版图设计、双极和
MOS集成电路比较。
五、微电子系统设计（20分）
双极数字电路单元电路设计、MOS数字电路单元电路设计、
半导体存储器电路、专用集成电路（ASIC）设计方法。
2.考试的形式与试卷结构：
试卷分值：100分
考试时间：120分钟
答题方式：闭卷、笔试
题型结构：填空题、名词解释、问答题、电路分析题、
版图设计题
3.参考书目：
9111 微电子技术概论，参考书《微电子概论》郝跃等著高等教育出版社2003
注：复试笔试：（总分：100分）。
SoC微体系结构设计实验手册张剑贤刘锦辉马志欣编写二0一二年十月一、实验要求1、实验时间共36课时，九次课。
2、实验分类根据课程内容，九次课完成实验内容：8位加法器设计（4学时）原/补码两位乘法器设计（8学时）存储器实验（6学时）（ROM、SRAM、FIFO）8位CPU设计（18学时）3、实验过程要求授课时，完成相关内容则布置对应实验，学生课后完成初步设计。
实验课堂上，完成实验内容，指导老师验收并进行评分后，方可离开。
二、预备知识2.1 Spartan-3E开发板资源概述1)FPGA：Spartan-3E系列，型号：XC3S500E，封装：FGT320，速度-4；2)2行，16字符LCD屏幕；3)USB接口，用于进行下载，调试；4)50MHz晶振；5)4输出，基于SPI的模拟数字转换器；6)8个LED灯；7)四个滑动开关；8)四个按键；2.1.2滑动开关（1）位置4个滑动开关位于开发板的右下角，标号为SW3-SW0，最右侧为SW0。
如图1所示。
图1 开发板滑动开关位置（2）操作位于UP/ON位置时，对应的FPGA引脚接 3.3V，为逻辑高电平，处于DOWN/OFF位置时，对应引脚接地，为逻辑低电平；（3）UCF位置约束NET "SW<0>" LOC = "L13" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ;NET "SW<1>" LOC = "L14" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ;NET "SW<2>" LOC = "H18" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ;NET "SW<3>" LOC = "N17" | IOSTANDARD = LVTTL | PULLUP ;2.1.3按键开关（1）位置位于开发板的左下角，标号为BTN_NORTH，BTN_EAST，BTN_SOUTH 和BTN_WEST。
《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。
其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。
本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。
1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。
2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。
2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。
3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。
4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。
4.2具备采集有效数据的能力。
5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。
6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。
6.2了解计算机系统结构的发展前沿。
6.3具有终身学习的意识与能力。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
微电子概论西安电子科技大学课程设计一、课程设计背景微电子概论是西安电子科技大学电子信息工程专业的基础课程之一，它是学生进入电子信息工程专业的必修课程。
本课程提供了理论和实践基础，让学生对微电子技术有一定的基础了解和应用能力，是其复杂电子系统和器件的实践基础。
二、课程设计目的和意义1.培养学生对微电子技术的兴趣和专业素养。
2.提高学生分析和解决问题的能力，在实验中积累实践经验。
3.强化学生的综合能力，培养学生团队合作和沟通能力。
4.培养学生的创新意识和创新能力，为电子信息工程行业的未来发展奠定基础。
三、课程设计内容1.课程设计主题：微电子器件的特性测量与分析。
2.设计过程分为五个阶段：文献调研、设计方案制定、实验数据采集、数据分析和结果报告。
3.完成设计的学生需要提交一份详细的设计报告，以及一份演示讲解的PPT。
四、实验流程1.文献调研：学生需要对微电子器件的特性测量与分析进行较为全面、详细的了解，熟悉相关的检测仪器和测试方法。
此外，还需要查询相关专利文献、学术论文等资源，了解国内外微电子器件的最新研究进展。
2.设计方案制定：根据文献调研的结果，学生应根据具体情况进行器件的特性测试计划制定，包括器件测量参数、测量设备和电路连接。
在制定方案时要充分考虑实验误差和数据收集的准确性。
3.实验数据采集：根据设计方案，学生将需要测试的微电子器件接到测试仪器上，并开展测试工作，采集实验数据。
4.数据分析：将实验采集得到的原始数据进行分析，并进行数据预处理、计算和图表绘制，以求得正确和准确的微电子器件特性参数。
5.结果报告：根据数据分析的结果，学生应写出一份详细的设计报告。
设计报告内容应该包括：设计目的、设计原理和实验方法、实验数据的分析和处理、实验结果、结论和建议，并附上相应的实验数据展示图、参数计算表格等。
五、课程设计意见本次西安电子科技大学微电子概论课程设计注重实践环节，增强学生动手实践和数据处理方面的能力。
《计算机体系结构》课程实验教学大纲(Ⅰ) [注：同一门实验课程若对不同专业开设的实验项目、实验要求不同，则大纲应不同，区分可采用题目后加（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）……的办法]编号：课程总学时：54 实验学时：8课程总学分： 3 实验学分：（非单独设课的实验不用填此项）先修课程：《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《数字逻辑》、《计算机组成原理》,《操作系统》,《编译原理》适用专业：计算机科学与技术（嵌入式本科）、网络工程（本科）、计算机科学与技术（信息技术方向本科）一、本课程实验的主要目的与任务本课程实验的主要目的与任务是为了配合本课程更好的深入开展和执行，通过让学生做一定数量的实验，提高学生从总体结构、系统分析这一层次来研究和分析计算机系统的能力，帮助学生建立整机的概念；使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。
二、本课程实验应开设项目注：1、类型---指验证性、综合性、设计性；2、该表格不够可拓展。
三、各实验项目主要实验内容和基本要求实验 1 MIPS指令系统和MIPS体系结构1. 实验目的(1)了解和熟悉指令级模拟器；(2)熟练掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法；(3)熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解；(4)熟悉MIPS体系结构。
2. 实验内容首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。
（1）启动MIPSsim（用鼠标双击MIPSsim.exe）。
（2）选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。
（3）参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。
可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一条指令、执行多条指令、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化。
《SoC微体系结构设计》教学大纲
课程编号：CS3221404
课程名称：SoC微体系结构设计英文名称：System on chip micro architecture design 学时：20+36 学分：2.5
课程类型：限选课程性质：专业课
适用专业：计算机科学与技术、网络工程
先修课程：计算机组织与体系结构、硬件描述语言与可编程逻辑器件
开课学期：7 开课院系：计算机学院
一、课程的教学目标与任务
本课程为计算机科学与技术专业、网络工程专业的专业课。
教学目标是培养学生理论联系实际应用的能力，并了解微处理器技术发展的最新情况。
根据专业培养计划，将在计算机组织与体系结构、微机系统等课程的理论方面内容，利用硬件描述语言与可编程逻辑器件课程的工具对典型内容进行示例实现，同时对片上系统（SoC）的原理及设计方法进行讲解，并对工业和学术界微体系结构发展状态进行描述。
课程综合多方面知识，重在理论的实际应用，难度较大。
本课程主要讲述SoC系统的概念、设计方法和关键技术的实现。
主要包括：SoC微体系结构系统中定点/浮点原理及实现方法、SoC微体系结构系统中四则运算部件实现方法、SoC微体系结构系统存储接口的实现方法、SoC微体系结构系统指令集实现方法、SoC微体系结构系统设计实例及SoC微体系结构系统设计的工程问题及技术发展的现状等内容。
课程注重基础知识的应用、理论到实践的转化，培养具有创新和实际动手能力、真正理解和掌握SoC微体系结构和综合设计技术的合格本科生。
二、本课程与其它课程的联系和分工
本课程的先修课程为《计算机组织与体系结构》、《硬件描述语言与可编程逻辑器件》等。
三、课程内容及基本要求
(一) 绪论（2学时）
主要内容如下：
（1）SoC微体系结构的概念
（2）SoC关键技术及设计方法
（3）SoC总线结构
（二）逻辑设计基础（2学时）
主要内容如下：
（1）组合逻辑电路、时序逻辑电路基础知识
（2）有限状态机设计方法
（3）数字电路设计与硬件描述语言关系
(三) SoC微体系结构之定点/浮点原理及实现方法（2学时+4小时）主要内容如下：
（1）定点数与浮点数表示方法简介
（2）定点数与浮点数硬件描述结构
（3）定点数与浮点数硬件表示性质
（4）补码加减法硬件实现结构
（5）SoC微体系结构系统中定点/浮点加法器设计
1. 基本要求
（1）掌握定点数与浮点数硬件描述方法
（2）掌握定点数与浮点数硬件表示性质
2. 重点、难点
重点：用硬件描述方法表示定点数、浮点数
难点：行波进位、先行进位加法器的硬件实现
（四）SoC微体系结构之乘/除法器实现方法（2学时+8小时）
主要内容如下：
（1）定点数乘法器原理及硬件实现结构
（2）定点数除法器原理及硬件实现结构
1. 基本要求
（1）定点数乘法器的硬件描述语言实现方法
（2）定点数除法器的硬件描述语言实现方法
（3）了解各种乘法器、除法器的性能比较
2. 重点、难点
重点：原码/补码乘法器、除法器的硬件实现
难点：多位乘法器的设计与实现
（五）SoC微体系结构之存储器实现方法（2学时+4小时）
主要内容如下：
（1）SRAN读写时序分析；
（2）SRAM读写接口设计实现；
（3）RAM基本结构分析及设计实现；
（4）ROM基本结构分析及设计实现
1. 基本要求
（1）根据SRAM手册，编写读写接口硬件描述语言程序
（2）RAM的硬件描述语言实现方法
（3）ROM的硬件描述语言实现方法
2. 重点、难点
重点：SRAM读写接口及检测程序
难点：系统内部RAM、ROM的硬件实现
(六)SoC微体系结构之指令集实现方法（2学时+8小时）
主要内容如下：
（1）SoC微体系结构简单指令集系统定义
（2）SoC微体系结构简单指令集系统的译码、执行等实现时序
1. 基本要求
（1）掌握SoC微体系结构简单指令集选择方法
（2）掌握简单指令集的指令译码、执行等硬件描述方法
2. 重点、难点
重点：指令译码执行的硬件描述方法
难点：指令译码执行的仿真、调试
（七）SoC系统设计实例（4学时+12小时）
主要内容如下：
（1）简单SoC微体系结构中硬件描述实现
（2）SoC系统的综合、仿真
1. 基本要求
（1）SoC微体系结构中各个部件的连接组合
（2）SoC系统的综合、仿真
2. 重点、难点
重点：SoC系统的集成
难点：SoC系统的综合、仿真技术
（八）SoC系统验证与测试的方法（2学时）
主要内容如下：
（1）SoC系统验证方法
（2）SoC系统测试原理及方法
（九）SoC微体系结构典型实例及技术发展展望（2学时）主要内容如下：
（1）基于ARM的SoC微体系结构简介
（2）图形图像处理与GPU的系统简介
（3）基于PowerPC的SoC微体系结构简介
（4）多核处理器、众核处理器及并行处理系统简介
（5）片上网络拓扑结构及通信协议
1. 基本要求
（1）了解ARM、GPU、PowerPC等系统结构及应用实例（2）了解并行处理器及并行处理技术
（3）了解片上网络技术
2. 重点、难点
重点：并行处理器结构
四、教学安排及方式
五、考核方式
笔试（闭卷）
各教学环节占总分的比例:实验：50%，期末考试：50%
六、推荐教材与参考书
1、裘雪红等编著，《计算机组成与体系结构》，高等教育出版社，2009.
2、[美]William Stallings，《计算机组织与结构-性能设计》（第五版影印版），高等教育
出版社，2001.
3、[美]John P.Hayes，《计算机组成与设计—硬件/软件接口》（第4版ARM版），机械
工业出版社，2010.
4、[美]M.Morris Mano,Charles R. Kime,《逻辑与计算机设计基础》（第4版影印版），
机械工业出版社，2010.
5、罗胜钦，《系统芯片(SOC)设计原理》，机械工业出版社，2007.
6、罗恩,《复杂SoC设计》（英文版），机械工业出版社，2005.
7、[美]SteveFurber，《ARM SoC体系结构》，北京航空航天大学出版社，2002.
8、赵吉成等编著，《Xilinx FPGA设计与实践教程》，西安电子科技大学出版社，2012.
9、姚爱红等主编，《基于FPGA的硬件系统设计实验与实践教程》，清华出版社，2011.
10、潘中良著，《系统芯片SOC的设计与测试》，科学出版社，2009.
执笔人：刘凯张剑贤审核人：裘雪红马志欣
2012年6月16日。
