硬件系统设计论文范文1
关键词:硬件课程;教学体系;项目驱动;系统性
随着计算机硬件技术的迅速发展,各类硬件产品越来越多地应用到人们的生活中。因此,业界对硬件类技术人员需求急剧上升。然而,嵌入式之类的硬件系统开发需要的是软硬件紧密结合的复合型人才;通常企业不愿花费太多的人力物力去培养。而一般本科院校的计算机类专业由于实验设备和传统偏软的教学体系,造成毕业生对硬件知识的欠缺或掌握不够系统,不具备业界需求的硬件系统开发能力[1]。技术发展和硬件类产品的大量应用带来了对硬件开发工程师的巨大需求,这给计算类专业学生带来了新的机遇,但同时也对学校的教学体系和学生能力培养提出更高的要求。
一般本科院校在开展硬件类知识和技术方面的教学中通常有如下一些问题:
1) 院校投入了大量的硬件实验设备,但是学生硬件开发能力的提高并不明显;
2) 学校开设的硬件类课程衔接不够紧密,使学生对课程之间的联系掌握不够;
3) 理论教学时间多,实践教学时间少,实验设备利用率低;
4) 学生面对具体的硬件项目开发时,无从着手或知识能力欠缺。
而在学生方面,通常也存在一些问题:
1) 很多学生对硬件知识学习有一种畏惧心理,从而造成学习信心不足;
2) 硬件学习需要花大量的时间,而且效果并不像学习软件一样直观,很多人都失去深入学习的耐心;
3) 软件实践需要的器材很容易满足,一般就是PC+软件,而有些硬件(扩展)实验门槛较高,实验环境难以搭建;
4) 由于硬件的集成度高,学生只能从理论上掌握硬件底层细节,容易形成硬件盲区,学习积极性容易被打击。
随着对硬件开发人员需求的不断增大,近年来在计算机类专业硬件教学方面也提出了一些有效的方法,如文献[2]对硬件教学的系统性进行了一定的探讨;文献[3]对陈旧的硬件教学内容进行了改进;文献[4]对硬件实践教学提出了一些看法。而本文则结合当前流行的嵌入式硬件开发,在多个硬件系统项目开发的基础上,总结了提高硬件开发能力所需要的知识和涉及到的相关课程,并对课程之间前修后续关联进行了合理的安排,建立了一套行之有效的硬件课程教学体系。
1硬件类课程体系设置
学生硬件开发能力的培养涉及到多个学科的课程,包括计算机和电子等专业的课程,还与具体应用背景的一些专业知识有关。具体的课程包括模拟电路、数字电路、嵌入式微处理器、操作系统、程序设计语言、软件开发技术、接口技术与设计、嵌入式操作系统及底层驱动等技术,是软件、硬件的有机结合。在制定硬件人才培养计划时,既要拓宽深度和广度体现硬件系统具有软硬结合、面向具体应用的特点,又要注意与原有的计算机专业课程体系相兼容。
因此,需要在原有的计算机专业课程基础上进行调整,有针对性地增加一些硬件类课程和实践教学环节,增加学生对硬件方面的知识,有效地提高学生的综合性动手能力和具体应用产品和项目的开发能力,并激发学生的学习积极性。
课程调整将与硬件系统开发的相关专业、相关课程合理地散列在低年级的各个学期,留给学生足够的时间去钻研、消化和深入,培养学生扎实的知识背景和基础能力。同时,为几门相关性比较大的课程或者重要性相对突出的课程,设置一些综合性课程设计,让每个学生感觉到一定的成就感,给予一定的动力。另外,设置一些独立性实验,几个人一组,让学生自己查资料,自己设置实验方案等,独立完成。通过上述的这些锻炼后,能很大程度上提高学生团队协作能力和自学能力,提高学生综合素质。具体的课程体系设置图1所示。
从图1可以看出,课程之间都是有很强的关联性,先修课程与后继课程之间需要进行重要知识点的衔接,才能逐步培养学生具有硬件系统开发能力。在学生每修完一门课程,就开设一门能覆盖重要知识的综合课程设计。通过完整的工程项目案例教学,系统地提高学生的综合能力,培养学生具备到企业去做实际项目的实践能力和开发经验。充分满足业界对硬件开发人员的能力要求。
2硬件课程的教学方法和实践
培养学生硬件开发能力,一些基础课学习必不可少,如数字电路、模拟电路、C语言、数据结构、计算机组成原理、操作系统等。如果这些基础知识掌握不牢固,学生在后续专业课程的学习中会感到力不从心。另外,由于硬件知识的学习十分抽象,脱离实践去学习可能会举步维艰。因此,在教学方面要解决“重理论轻实践”问题,贯彻“理论教学与实践教学相互印证和支撑”,将多种实验课程贯穿于课程教学体系中,以提高学生学习效率和知识掌握的熟练程度。下面分几个方面对教学环节中的一些方法进行讨论。
1) 理论课堂教学。
在理论课上,教师通过对具体理论知识点的实例演示,同时穿插对理论知识点讲解,让学生们理解的更具体,从而激发学生的学习兴趣,也间接提升学习信心。学生在课后让依照课堂的演示实验自行进行实例的重复和知识点的验证。如在“嵌入式系统原理与接口技术”课程中讲解串口的传输和实现,教师在课堂上围绕验证S3C2410芯片的功能进行讲解,并在课下开放实验室让学生自行学习,以提高学生独立思考和分析解决问题的能力。
2) 实验课教学。
在实验课上,教师结合理论课上所演示的实验,讲述具体的实验内容,但并不需要完全透彻地讲解,而是把更多的时间留给学生自己思考。如“嵌入式操作系统及应用”课程的实验,教师在课上演示如何建立SAMBA服务器实现开发环境,简要地阐述一遍实验的原理及其过程,把更多时间留给学生,让学生自己建立SAMBA并建立通讯,鼓励同学间的相互讨论和提出问题。
3) 单门的课程设计。
课程设计以设计性和综合性实验为主,在一学期的理论学习和实验的基础上,进一步提高学生对整门课程知识的理解以及对相应基础课程知识的复习,并培养学生一定的动手能力。如操作系统课程设计“银行家算法实现进程同步”结合了C语言、数据结构等知识,不仅可以复习巩固一系列相关课程知识,我们还对这些课程知识进行汇总,设计出综合性课程设计,提升学生知识体系的系统性。课程设计指导书按照知识要点,循序渐进,对这些基础知识进行了进一步的综合,从而使学生将离散的知识点逐步综合起来,增强了其实践能力。
4) 综合性实践。
在学习完各门基础课程之后,教师采用适当的工程案例开展一站式综合案例教学:
(1) 讲解具体项目的知识点,并将它们联系起来;
(2) 将同学们按项目分成小组,引导各组进行项目的讨论并完成具体设计,这样不仅可以提高学生的动手能力,还能培养学生的工程素养和综合能力。
3课程体系验证
通过该课程体系的培训,学生能够具备一定的硬件系统开发能力。下面就通过一个学生实践创新项目――机房温度湿度检测硬件系统的开发来验证课程体系的有效性。
该项目的系统原理图如图2所示。系统采用ARM7系列LPC2114芯片作为控制单元,设备包括温度、湿度传感器、降温通气设备控制接口、键盘和液晶显示屏。其中键盘和液晶显示屏作为系统与人机控制的界面,这些设备采用RS-485通信接口方式和计算机实现远程控制,如及时给用户发送信息,用户对设备进行操作、处理等。
通过图2可以清晰地看到计算机与电子专业的结合:
1) 学生在选择相关的设备时需要用到一定的数字电路和模拟电路等技术知识,并了解相应的参数;
2) 选好了各种款式的电子设备后,需要设计可靠的电路,这更需要学生在电子技术实验中获取的经验;
3) 选好了硬件外设和控制芯片之后,将这些设备与CPU进行连接,就需要用到计算机组成原理和嵌入式接口技术相关的知识;
4) 接着,需要编写相应的驱动,这将涉及嵌入式操作系统和程序设计方面的知识。
当上述步骤完成后,系统可以通过传感器获取需要的外部信息。但还需要对所采集的信号进行处理,然后将处理后的信息反映到显示器上,用户还可以通过相应的设置,进行一些简单的设置,在这里就会用到如A/D转换、通信原理、数据结构和算法设计等相关知识。
系统设计完成之后,学生通过Protel绘制电路图,制作电路板将所有的外设和芯片集成起来,安装操作系统和编写好的控制软件,这样就形成了可以实际应用的一个硬件产品。
4结语
通过这种以完成项目为每门课程最终目的的方式,强调“授之以渔”的教学宗旨,使得学生每学完一门课程就能解决一些相应的实际问题,很好地提高学生的动手能力和对学科的积极性,从而有效地培养了学生的实践能力。
参考文献:
[1] 刘全利,黄贤英,杨武. 计算机应用型人才培养新思路[J]. 重庆工学院学报,2005,19(6):144-145.
[2] 易法令,谢云. 计算机硬件教学的系统性与实践性探讨[J]. 理工高教研究,2005,24(1):83-84.
硬件系统设计论文范文2
关键词：EDA技术 计算机硬件 存在问题 优化措施
一、EDA技术的基本特征研究
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力，具有开放式的实际环境以及丰富的元器件模型库等；硬件描述语言输入是EDA系统的主要输入方式，由于现代社会电子系统规模日渐增大，硬件描述语言输入逐步取代了之前传统的原理图输入设计方法，其优势在于能够进行逻辑综合优化，使设计者在比较抽象的层次上对设计的结构和内部特征进行描述。
二、传统计算机硬件设计存在的问题
（一）硬件设备短缺，开发周期较长
早期的计算机由于工作环境、硬件材料等方面因素的影响，随着时间的延长，计算机硬件设备的损耗量相对较大。为了保证计算机硬件设备正常运转，管理人员不得不花费较多的人力、物力和财力进行修复和管理。同时，受当时技术水平的制约，计算机硬件设备的开发周期较长，而对于相关专业的任课教师来说，从理论知识的学习到最终熟练进行知识的讲解，中间还需要经历长时间的计算机硬件设计分析和试验，因此，计算机硬件设备的周期非常漫长。而对于高校的计算机实验室来说，如果坚持与时俱进的进行计算机硬件设备更新换代，虽然能够保证各项计算机教学试验正常开展，但是高频率的计算机硬件设备更新必然会造成较大的经济压力，不利于高校的综合性建设；而如果长时间不进行计算机硬件设备的更新，又起不到教学应有的效果。
（二）硬件与试验脱节且不够系统化
计算机专业的硬件类课程是一门实用性很强的学科，学生不仅要掌握计算机系统设计的基本方法和理论知识，而且要学会计算机系统的设计技术和计算机的控制运用。但是从现阶段高校计算机硬件设计教学来看，许多高校专业教师仍然没有从根本上转变教学方法，课堂理论知识讲解的比重过高，学生独立思考和独立设计的时间偏少，由此导致计算机硬件的理论教学与实践相脱节。除此之外，即便是在教师的带领下开展了计算机硬件实验课程，由于缺乏规范化的组织和系统化的安排，学生的自主动手和实验能力也得不到有效的发挥，多数情况下只能按照教师所讲解的内容进行模仿设计，学生计算机应用能力和硬件设计能力没有得到真正的提高。
（三）教学内容相对固定，缺乏创新性实验
计算机硬件设备的设计要满足与当前社会的发展需要，这就要求其设计理念必须紧跟市场发展形势，不断的进行自我更新和完善。但是作为高校的一门学科，计算机硬件设计要受到多种因素的制约，例如其硬件开发不仅受高校实验室硬件设备的影响，还与实验人员的整体素质有关。而有些高校为了降低计算机硬件设计的开发成本，对某个实验室的设计功能进行了限定，这种方法虽然能够降低硬件设计成本，但是不利于实验室功能的延伸，并且专用实验台的故障率较高，后期投入维修的花费也大。因此，计算机硬件教学内容难以实现与时俱进的更新，缺乏创新意识，是制约其硬件设计的主要根源。
三、基本设计思想和EDA技术
开发利用EDA平台进行计算机系统部件及主机系统设计，其实质是利用运行在计算机上软件所提供的虚拟实验环境，设计人员利用该系统所提供的各种元器件和芯片仿真模型，根据实验需要设计逻辑电路，进行系统布线和调试运行。由于整个实验过程都是在虚拟环境下进行，因此可以反复操作和多参数调控，而不必担心系统设计的成本问题。同时，设计者还能随时进行存档，将当前设计的系统、线路进行保存，并在再次使用时随时调用。在此基础上，可以针对自己设计出的部件及系统进行编译、模拟仿真测试，以验证自己逻辑设计的正确性。课程设计结束后，可以将存储的设计图及结果提交给检查者。使用EDA技术，解决微指令时序控制时逻辑与非门电路比较复杂的问题：时序设计分一个周期完成一条机器指令或是二个周期完成一条机器指令，对于后者，时序控制逻辑就比较复杂。
四、基于EDA技术开展计算机硬件的优势
（一）提高学生自主学习能力，丰富课程内容
EDA技术的优势之一在于其应用范围的广泛性，在电子信息工程专业和计算机技术专业专业领域内，学生都需要进行不同深度的EDA课程学习。同时，EDA技术还是一门辅助教学能力较强的课程，学生在掌握基础的理论知识和熟练的EDA技术操作后，能够为继续进行相关方面的专业学习提供极大便利。例如，EDA技术要求学生动手进行线路设计和按照操作，对于提升学生的动手操作能力和团队合作能力有积极帮助。而今后学生在学习系统编程时，也离不开这两种能力。因此可以说，EDA技术对于丰富学生专业课程内容，提高学生自主学习能力有极大的帮助。
（二）弥补条件的不足，节约课程投入
以往的电子相关课程以理论讲解为主，学生虽然有机会参与到实践操作中，但是许多技术方面的问题得不到及r解决，容易影响下一步的知识学习。而EDA技术则能够在很大程度上避免类似问题：首先，EDA技术以计算机和电子技术为支撑，学生在教师讲解完相关的课堂知识后，能够立即在计算机上完成实践联系，包括设计电路、调整参数、系统运行以及模型分析等。其次，利用计算机上的这些仿真软件，能够随时进行设计修改和多参数调试运行，而不用担心成本问题。而在以往的实验室操作教学中，如果学生操作不当，很容易出现器材损坏、元器件丢失等问题，给实验室造成一定的经济损失。因此，EDA技术的使用，间接的节省了实验开发成本。
参考文献：
[1]易小琳，胡林青.计算机组成原理实践教程―基于EDA平台[M].航空航天大学出版社，2006.
硬件系统设计论文范文3
关键词：仿真实验室；Proteus；硬件实验
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-02
1 引言
随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用Proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用Proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。
2 虚拟仿真实验室结构
2.1 Proteus仿真实验室概念
所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质 [4]。
2.2 Proteus仿真实验室系统架构
图1 Proteus虚拟仿真系统架构
如图1所示基于Proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该Proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本Proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、PCB设计。
2.3 计算机网络平台
由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将Proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本Proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。
图2 计算机网络平台拓扑结构
2.4 Proteus软件平台
Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用Proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、MCU混合仿真和PCB系统设计，除此之外，Proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于Proteus可以提供x86、单片机、ARM等系统的仿真实验。
2.5 Proteus试验系统
Proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用Proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。
3 虚拟仿真实验室实验内容
通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥Proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。
基础性实验包括MCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。
综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计与制作等。
创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。
4 虚拟仿真实验室实验方法
传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于Proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。
5 虚拟仿真实验室教学目标
通过本课题的基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：
5.1 实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、PCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。
5.2 教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。
5.3 有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。
6 结束语
构建基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。
参考文献：
[1]刘萌，郑煊.基于Proteus的单片机虚拟实验室的构建[J].山东教育学院学报，2009，6（4）：12-15.
[2]田建伟，胡德安.一种单片机虚拟实验室的建立方法[J].现代电子技术，2009（14）：67-69.
[3]胡敬朋，王聪.基于Proteus的电子产品仿真设计[J].电气电子教学学报，2009，5（4）：121-123.
硬件系统设计论文范文4
关键词：公共机房，机房管理与维护，优化系统维护，高效运行
引言
高校的公共机房主要承担计算机专业课程、电子商务、CAD模具设计及汽车维修和营销模拟系统上机等教学任务。论文参考。为了保证这些任务的高质量完成，公共机房的管理的重要性显得尤为突出。机房作为实践操作的学习窗口不仅关系到相关课程的教学质量，同时也体现了学校信息化建设的水平。但随着学生上机实践课程任务的增加，机房管理与维护工作任务的繁重日益增加。现在结合近年来的经验对机房管理与维护在以下几个方面进行了阐述，并针对出现的问题进行了分析并提出优化机房管理与维护解决方案。
1 ．在机房管理与维护方面
机房管理的内容包括多方面：硬件设备的购置或添置、合理选择机房管理软件、应用软件的使用，网络设备、软硬件设备维护，机房内外环境的维护和附属设施的使用等。机房系统维护是保证公共机房正常运行的必要条件，其中包括：安装操作系统、数据恢复、数据存储等。这些都是机房管理者所必须了解和掌握的管理技能。
2 ．机房管理常见间题及解决措施
高校计算机公共机房是专业课的培训基地，培养的是加强动手能力，理论与实践知识相结合的综合型人才。经过对我校的信息技术教师师资力量、机房软硬件设备等情况进行调研发现了问题，针对机房管理实际情况采取优化机房管理措施，使公共机房高效的运行。
(1) 硬件设备的现状和管理
大多高校公共机房拥有600多台的计算机以上，但计算机的硬件配置不高，导致操作系统运行速度慢，计算机中大部分采用WindowsXP、WindowsS2000作为操作系统；只有个别的采用Windosw2003和Linux系统，计算机硬件配置的档次直接影响计算机运行速度。因此硬件设备应根据机房系统及应用软件使用要求不断更新升级，才能体现出计算机的价值。在网络通信方面目前大部分学校的网线转输速率是100Mbps ，但以长远的眼光来看，校内最好达到1000Mbps , 甚至更高。硬盘数据保护大部分学校使用的是硬件保护卡，但由于保护卡的质量有好有坏，容易出现兼容性问题,使用效果不明显，防止硬盘数据被破坏、设置被更改及出现类似情况后的快速恢复问题是机房管理中最大的难点。目前在前期工作硬件设备的购置方面,针对性选择购买自带硬盘保护功能的主板, 因特尔系列主板自带英保通硬盘保护系统功能解决了机房管理系统维护的难点，保护数据和恢复系统既快捷又方便。
(2) 广播软件合理选用及课堂秩序管理
在机房授课，教师大多采用“少讲解，学生多操作”方法，这样导致学生上课不认真听讲，做一些与上课无关的操作。因此机房应安装教学广播、交互管理的软件，教师在教师机上操作演示的同时，学生在学生机能看到教师机的操作过程，这样不仅使学生快速掌握专业知识而且提高教学质量。除此之外，教学广播软件还能监控各学生机、进行电子举手、发送文件和收发作业等。由于机房空间大，学生多,老师上课的声音效果不理想，以往的教学采取多媒体教室上课和机房练习结合的方法。现在大多数教学已直接机房上课，如果学生讲话，教师难以控制课堂秩序，上课采用话筒及音箱达到比较理想的效果。
(3)机房环境及附属设备的维护
机房环境及附属设施同样在机房管理中起到作用。在机房中传统的方式采用课堂式教学，这样对学生的身体健康很不利；有的学校采用环绕式，而大部分采用最佳方式为直列式，这样有助于机房空气流通，机房空间充分利用。学校机房应安装窗帘，否则显示器受阳光直射易老化。空调也是必不可少的调温工具，能随着季节的变化调整温度。机房卫生工作也要重视，安排学生每天值日，保持机房卫生清洁。
3．机房系统维护出现的间题及解决方案
随着计算机应用技术普及，以及多媒体教学的发展，计算机公用机房成为现代教学所必不可少的教学环境。但在机房维护上却有许多令人头疼的问题，如注册表被篡改，系统数据丢失，操作系统无法运行等诸多问题，因此必须采取有效措施避免上述问题的发生，有效得维护机房系统。
(1)保护系统和数据
现在的学校机房都配置了数量较多的计算机，而且机房的使用非常频繁。对于怎样维护好计算机，特别是计算机软件系统，对广大计算机教师来说是一个很重要且非常现实的问题。实验操作过程中，学生经常存在着误操作，导致操作系统无法运行。论文参考。如果没有有效措施，计算机的软件环境、系统文件等往往被更改，甚至有的学生有意带入游戏进行恶意操作，从而影响广大学生的正常上机。针对这些情况，可以从两个方面着手防范。
1工作站的硬盘实行分区管理
为了充分展现网络的灵活性，，许多学校的机房多采用有盘工作站，在对工作站的硬盘实行系统分区时，应充分考虑到网络管理的问题。我们可以借鉴分区管理思想，将工作站的硬盘分为多个区，每个区进行不同的软件资源管理。我们将硬盘分为系统盘区，专属数据盘区二个分区，将前二个分区设置为每次复原分区，系统区始终设置为只读模式，最大限度地保护系统程序，数据分区设置为读写分区，供用户数据使用。采取分区保护措施，即使系统分区崩溃，也可在较短的时间内通过网络复制恢复，同时减轻了机房管理员工作量。
2利用保护软件保护系统
以传统的方式利用软件进行系统备份和恢复的方法既复杂又不容易掌握。安装硬盘保护软件来保护系统是更便捷的方法。每一次开机时会自动复原，使得计算机在下次启动之后复原未被配置过的操作系统，这样计算机操作系统不易被破坏，大大减轻了机房管理员工作量。
(2)利用Windows注册表管理进行系统维护
我们可以利用注册表管理手段进行系统保护性设置，管理和维护机房的正常使用。论文参考。利用注册表管理，我们可以从以下几方面进行：注册表安全管理，在此类管理中，用户通过注册表的设置来对注册表进行备份、恢复，设置注册表禁用功能等。还可以利用注册表进行巧妙维护：隐藏网上邻居，驱动器图标，防范学生利用网络传递非法信息、非法使用驱动器，也可以利用注册表进行设置，使系统退出时不保存桌面设置以保证界面的统一性。利用注册表进行系统维护：我们可以利用注册表来增加“快速启动”的选项，可以快速启动程序。由此可见灵活运用注册表能方便地维护计算机系统。
4 ．结论
优化机房管理与维护的是机房管理员必须掌握的技能。针对管理与维护中出现的常见问题灵活应对，采取有效措施将减轻机房维护繁重的工作量。因此采取有效的机房管理与系统维护的方法将有利于机房高效地运行。
参考文献
[1]程煜，余燕雄，闵联营计算机维护技术清华大学出版社2006
[2] 孙承庭 主编计算机组装维护与维修北方交通大学出版社2004
[3] 郭玉红新编计算机维护维修人门与提高西北工业大学出版2006
[4] 吴功宜，吴英 编著计算机网络应用技术教程题解与实验指导清华大学出版社2010
硬件系统设计论文范文5
关键词：FPGA SOPC 视频
多路音视频记录仪的功能,是采像器件安装在汽车前后左右,记录汽车周围的境况,需要时可以调出记录的音视频,主要用于事故发生后责任的界定。基于FPGA的多路音视频记录仪视频电路设计,是以基于Altera Cyclone II 2C70 FPGA可重构SoC的硬核CPU和软核CPU、Memory、PIO、可编程逻辑和乘法器等逻辑器件为物质基础,利用可编辑的连接把FPGA芯片内的逻辑单元连接起来,电路中的错误可以通过修改代码加以改正,允许设计者跟随系统升级或者系统动态,重置系统模块和连接。Altera Cyclone II 2C70 FPGA 622个IO,强大的对外控制能力使多路视频记录与播放得以实现。[1]
1、系统构架
基于FPGA的多路音视频记录仪设计,是利用可配置系统模块,通过Nios II CPU借助软件控制硬件,完成音视频的记录和播放,如图1所示。基于FPGA系统开发的硬件设计和软件设计两个部分不是绝对分明的。利用Verilog HDL语言开发硬件模块驱动程序;利用C/C++语言开发应用程序需要依据硬件系统文件.ptf等等,反映硬件设计和软件设计是交替进行相互融合。[2]
2、视频电路数据处理流程
多路音视频记录仪实现音视频信号的记录和重放,数据处理流程分为音频信号记录、音频信号播放、视频信号记录和视频信号播放四部分。这里,主要描述视频信号记录和播放的数据处理流程。
以视频播放为例说明视频数据处理流程,播放的视频信号来自FLASH Memory中记录的视频信号。在FPGA中的Nios II CPU的控制下,视频信号数据送到Sdram_Control_4Port模块,Sdram_Control_4Port模块先把数据放入SDRAM Memory,然后从SDRAM Memory中读取数据,传送到视频信号控制模块LCD_Controller,驱动TRDB_LTM触摸屏液晶器播放视频信号,数据处理流程如图2所示。[3]
3、视频电路
基于FPGA的多路音视频记录仪视频电路设计是根据视频记录和播放原理,利用硬件设计环境Quartus II软件设计外设接口控制模块和顶层文件连接各模块引脚,编译生成硬件系统。[4]
如图3所示的视频电路中,记录时CCD Capture模块用于获取由CMOS摄像头模块抓到的视频信号;所获取的视频信号为RAW格式,需要将格式转化为RGB格式才能显示在LCD上,此任务由RAW_to_RGB模块完成;格式转换后的视频信号经由FLASH_SDRAM_Controller模块先存入FLASH Memory。播放时,Sdram_Control_4Port模块取出FLASH Memory中的视频数据,先存入SDRAM memory中,处理后送给LCD_Controller控制电路驱动4.3''''触摸式LCD模块。[5]
4、结语
视频电路尝试进行了全硬件设计方法。进行了CCD_Capture模块、RAW_to_RGB模块、LCD_SPI_ Controller模块、LCD_Timing_Controller模块、Touch_Point_Detecter模块和ADC_SPI_Controller模块等的设计。对于未来有几点展望:一是希望记录仪视频电路加入测距装置,危险距离内能自动报警;二是希望将来能像飞机上安装的黑匣子一样,广泛用在客运机动车辆上,能作为事故出现后责任界定的证据;三是希望将来能发展到与车载卫星通讯装置连有数据交换接口,以实现信号的无线传输。
参考文献
[1]邵舒渊.《SOPC系统设计入门教程》.全国大学生电子设计竞赛“ALTERA杯”EDA/SOPC设计竞赛培训教材西北工业大学大学生创新中心内部培训教材.
[2]刘明章.《基于FPGA的嵌入式系统设计》.国防工业出版社.
[3]喻德兴.《基于SOPC的软件无线电终端软硬件平台设计及实现》.清华工学硕士学位论文.
硬件系统设计论文范文6
关键词：Proteus软件，嵌入式系统，设计仿真，联合仿真
1、引言
随着电子技术和信息技术的快速发展，嵌入式系统已经在通信、多媒体、工业控制、信息家电等领域得到了广泛的应用。嵌入式系统的设计包括硬件设计和软件设计。按照传统的模式，在整个项目开发程中，先根据要求设计原理图，搭好硬件电路和编写程序，通过仿真器对系统硬件和软件调试, 最后将调试成功的程序固化到单片机中。由于硬件众多可能出现各种故障，整个过程要花费大量的时间与精力。如果采用 Proteus 软件进行系统虚拟开发和仿真，可大大降低开发成本并提高开发速度。
2、proteus软件的体系结构
Proteus是目前世界上最先进最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它是由英国Labcenter Electronics公司开发的EDA工具软件。Proteus除了能实现模拟电路、数字电路、模数电路仿真等功能外，最重要的特点是它能够把用户编写的应用软件作用在微处理器上并和连接在该处理器的模拟器件及数字器件协同仿真，就像在真正的嵌入式系统的硬件平台上执行目标代码。还可以直接实时动态地模拟按键、键盘的输入，LED、液晶显示的输出，同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。
Proteus软件的体系结构如图1所示。Proteus PCB Design主要用于PCB设计，如自动或人工布线及其硬件电路仿真等。
图1 Proteus体系结构
Proteus VSM主要实现数字电路、模拟电路及数/模混合电路的设计与仿真，特别是能实现嵌入式系统的软硬件设计和仿真。它的核心是ProSPICE，这是一个组合了SPICE3F5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合仿真系统，SPICE内核使用众多制造商提供的SPICE模型。PROTEUS VSM包含大量的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号图形发生器、时钟计数器、虚拟终端，以及简单的电压计、电流计。仿真过程中，可以用鼠标点击开关、按键、电位计、可调电阻等动态外设模型，使嵌入式系统根据输入信号做出相应的响应，并将响应处理结果实时地显示在LED、LCD的动态显示器件上，实现了实时交互式仿真。整个过程与真实的软件、硬件调试过程相似。
3、Proteus设计和仿真嵌入式系统流程
3.1 硬件系统设计流程
嵌入式系统是一个软硬件紧密结合的系统，首先要进行硬件系统的原理图设计，这是嵌入式系统设计的基础。只有在设计好硬件系统的原理图的基础上才可以进行仿真。硬件系统在Proteus中的设计流程如下：：
1) 创建设计文档和设置工作环境。在进行硬件系统的设计前，首先根据嵌入式系统要实现的功能构思好其硬件系统原理图，即必须知道所设计嵌入式系统需要哪些电路、元器件来完成。工作环境采用默认的，也可以根据实际硬件系统电路的复杂程度来设置图纸的大小及注释的风格等。在硬件系统电路图设计的整个过程中，图纸的大小可以不断地调整。设置合适的图纸大小是完成原理图设计的第一步。
2) 提取和放置元器件。根据构思好的硬件系统电路图从元器件库选取相应的元器件放到图纸适当位置，并对元器件的名称、标注进行设定，再根据元器件之间的走线等联系对元器件在工作平面上的位置进行调整和修改，使得硬件系统电路原理图美观、易懂。
3)元器件间的连线。根据实际电路的需要，利用 Proteus 的各种工具进行布线, 用导线把元器件连接起来。构成一幅完整的硬件系统电路图。
完成上述步骤后, 就构成一幅完整的嵌入式系统硬件电路图。如果要完成印制电路板还要还要进行以下步骤。
4)建立网络表。网格是设计中有电气性连接的电路。
5)对硬件系统原理图进行电气规则检查。当完成布线后，利用Proteus ISIS编辑环境所提供的电气规则检查命令对设计进行检查，并根据系统提供的错误检查报告修改硬件系统原理图。
6)调整。如果硬件系统原理图已经通过电气规则检验，那么硬件系统的设计就完成了，但是对于一般硬件电路设计而言，尤其是较复杂的硬件系统，通常需要对其电路多次修改才能通过电气规则检测。论文参考网。
7)存盘和输出报表。Proteus ISIS提供了多种报表输出格式，同时可以对设计好的硬件系统原理图和报表进行存盘和输出报表。
3.2、软件系统设计
软件系统是嵌入式系统的灵魂。论文参考网。在Proteus中完成硬件系统的设计后，要根据系统功能进行程序设计。论文参考网。在编制和输入的源程序代码时，Proteus 提供了一个简明的源程序文本编辑器 SRCEDIT。它本质上是 NOTPAD的改进版本，可以打开多个源文件。如果要使用像UltraEdit的第三方源程序编辑器，方法是：首先选择菜单的Source→SetupExternal TextEditor，弹出Source Code EditorConfiguration对话框，其次单击对话框中的 Browse按钮，并选择文本编辑器的可执行文件。此时在Executable中显示文件路径，最后单击 OK按钮。
源程序设计完成后，必须生成目标代码。Proteus 提供些代码生成工具。 如果要使用第三方代码生成工具，要进行注册，方法是：首先要大开菜单栏Source→DefineCode GenerationTools，弹出Add /Remove Code GenerationTools对话框， 再单击New按钮，出现Code GenerationTools对话框，选择工具可执行文件，单击“打开“按钮，即可将代码生成工具添到Add /Remove CodeGeneration Tools对话框中Tool下拉列表中。并在SourceExtn、Obj.Extn文本中，分别加入源程序文件和目标代码文件的扩展名，如分别写入ASM、HEX。在Command Line中输入编译器的路径，%1代表源文件，%2代表目标文件。最后为列表文件设置扩展名，并指定调试数据提取路径。
3.3、系统仿真
对所编写的程序进行编译、链接，通过后可以进行系统仿真。首先在硬件系统原理图中选择微处理器，单击左键弹出编辑元器件对话框，在元器件属性Program File中添加目标代码文件。在Clock Frequency中设置晶振频率。点仿真运行按钮，Proteus开始运行仿真过程。图2就是在Proteus中设计和仿真的计算器。可以用鼠标在计算器面板上操作，LCD显示结果，实现了实时交互式仿真。
图2 设计和仿真计算器图
4、Proteus和Keil的联合仿真
uVision是德国Keil公司的开发软件工具。它支持众多与此同时8051兼容的 8位单片机。内部集成C编译器、汇编器、连接器、调试器和软件仿真等基本组件，其界面提供了功能强大的编辑和浏览，非常方便的进行快速开发。它的用户比较多，相关资料也很丰富，而且用C语言开发单片机应用软件也是今后的一种发展趋势。因此结合Proteus和uVis ion进行联合仿真也十分必要。
由于Keil与Proteus之间通信是通过TCP /IP进行的，因此要确保你的计算机安装了TCP /IP协议，否则要安装此协议。KEIL和Proteus可以在同一台计算机上，也可以分别在两台计算机上。Proteus帮助文档通过实例说明其方法，下面给出连接步骤：
1) 把Proteus 的MODEL子目录下的VDM51.DLL复制到Keil安装目录下的 BIN 子目录里。
2) 用文本编辑器打开 KEIL 安装目录下的TOOLS.INI, 并在[C51]下添加 TDRV3=BINVDM51.DLL(“proteus VSM Monitor- 51Driver“)，保存。
3) 在Proteus的debug菜单中选中use remote debug monitor。
4) 打开 uVis ion, 进入到 PROJECT的 OPTION FOR TARGET“ 工程名” ，在弹出的对话框选择 DEBUG 选项卡,选中Use单选按钮, 并且在下三角按钮选择 Proteus VSM Monitor-51Driver。
5) 单击Setting 按钮，弹出对话框如果Keil和Proteus在同一台计算机上，不要改动设置，直接单击 OK按钮。如不在同一台计算机，则 HOST中填写另一台计算机的IP地址，端口号不变。
完成上面的设置后, 就可以联合仿真。
5、结束语
Proteus为嵌入式系统学习者培养研发能力和从事电路设计及嵌入式系统的工程师提高开发效率提供了一个平台。应用Proteus软件设计和仿真嵌入式系统，这对于提高产品的开发效率、 降低开发成本等有着非常重要的作用。也为嵌入式系统实践教学和建立虚拟实验室提供了新方法。
参考文献
[1] www.labcenters.co.uk
[2] www.windway.cn
[3] Proteus帮助文档
[4] 张靖武,周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:电子工业出版社,2007.
