面向大类专业的DSP技术课程建设与实践
路锦正
（西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳）
摘 要： DSP技术课程主要培养学生的DSP嵌入式开发与实践能力。然而，随着半导体技术的快发展，以及嵌入式项目实施所需，传统的C2000/C5000系列DSP已经无法满足当下人才培养目标。鉴于目前的业界技术需求、芯片指标能力，在大类专业DSP技术课程中，我校选择了较新的且产业普遍采纳的C674x-DSP平台，构建了配套的教学资源体系，并在340人的课程教学中得到了全面实践。为培养符合新时代下技术需求的合格人才提供教学案例或资源参考。
关键词： DSP技术；大类专业；C674x-DSP；教学资源
数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)是一种可编程的面向实时信号处理的嵌入式处理器。因DSP的通用C语言编程、处理能力强、低功耗体积小、性价比高等优势，电气及信息类相关本科生或研究生在控制、通信及信号处理等的课程学习或课题制作中，DSP平台被广泛关注。特别地，在大类专业培养方案中，DSP技术课程通常作为专业选修课来设置。但是，不同DSP处理器根据其应用领域、片上资源等又有不同。为满足不同专业培养方案的特定要求，须尽可能选择一款适于多专业的DSP平台[1]。
DSP技术实验室是西南科技大学与美国TI公司于2005年联合共建的专业基础实验室。该实验室面向信息工程学院所有本科生及研究生承开设或承担与DSP相关的课程实验、课程设计、毕业设计或创新创业，并支撑教师的科学研究和工程开发。随着处理器技术的发展，DSP相关课程的既有教学资源包括实验设备、课程教材、实验项目等已不能满足当下新工科人才培养需求。
本实验室自建立以来就以C55x-DSP作为实验平台，承担全院DSP技术相关课程的实践教学。随着时间的推移，一方面实验箱所依赖的电脑操作系统过于陈旧，且开发环境CCS 2.0也无法运行于Windows 7等操作系统；更重要地是，该系列DSP芯片本身已经过时，难以适应企业的最新需求。通过课题组的调研及多年的DSP科研项目经验，电子产品在方案选型时，C6000系列DSP是被关注的重要平台，C2000/C5000几乎不再选用。考虑到本科审核评估及工程教育认证的要求，以及为达成学校人才培养定位的复合型培养目标，学校针对大类课程的实验设备做了升级，拨付了专项经费用于DSP技术课程的设备升级。
课程组在建设DSP技术教学资源过程中，秉承了以学生为中心，以培养实践型、工程型技术人才为目标的教学理念[2,3]。通过升级DSP技术教学设备，开发相应教学资源并在实践中验证，逐步建立起满足新工科人才教育需求的教学资源体系。
胃癌是一种发病率和病死率均较高的恶性肿瘤，患者在确诊时大多已属晚期，错过了手术的根治机会，病症表现为腹水、消化道出血及胃穿孔等，为避免癌症扩散转移，应给予对症治疗，为控制癌变在腹腔内转移，提高临床疗效，现给予患者腹腔热灌注化疗［1‐3］。腹腔热灌注化疗（hyperthermic intraperitoneal chemotherapy，HIPC）是临床应用较为广泛的针对腹腔恶性肿瘤的辅助方法，在直肠癌和卵巢癌上均具有良好的治疗效果［4‐6］，本研究拟通过采用多西他赛联合顺铂、氟尿嘧啶腹腔灌注治疗胃癌晚期患者的临床效果。
一 问题现状及分析
（一）DSP技术现状及发展趋势
实验仪器设备是学生进行科研实验的有力助手，学生的创新能力培养首先体现在对实验室仪器设备的科学有效利用上[10]。因此针对常规仪器设备，如电子天平、鼓风干燥箱、离心机、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜等，在实验开展前进行培训讲解，对设备原理与使用方法、注意事项进行介绍，对于课题组的实验设备采用预约登记制度，由课题组的组长负责管理和协调设备使用，对于公共平台的实验设备在网上预约登记，在平台管理员的安排下统一使用[1]。
IT技术日新月异，数字信号处理DSP技术更是在快速发展和更新中。我院2005年购置的实验箱是基于TMS320C5509A系列DSP，实际上该系列目前已经非常落后，企业几乎不再选用该芯片开发产品。学院的研究生使用DSP更偏向于控制和信号处理，但C5000系列水平有限。所以造成了学生在实际工作的技术开发或项目研发中还需要花大力气重新学习。由此，目前的现状是，高校的实践平台能力与企业的实际技术需求的鸿沟越来越深。升级置换后将根据新的DSP设备，并紧密结合企业目前的技术需求，设计合理且先进的实验项目。经市场调研和结合科研项目经验，选定了TI的新型定浮点TMS320C6748、异构双核OMPL138实验平台。此类DSP非常适于自动控制、电子信息、物联网工程、通信系统、数字媒体处理等，均适合我院所有专业的本科及研究生的DSP实验教学和实践开发。
（2）撰写DSP开发与实践著作。课题组自2005年以来，承担了多项DSP相关的科研项目。特别是省科技攻关项目“雾天图像嵌入式清晰化装置”以及多项横向企业项目均以DSP为实施平台，因此积累了丰富的实践经验。为此课题组总结了针对C674x系列DSP的成果，撰写了《C674x-DSP嵌入式开发与实践》研究著作，已于2019年2月在科学出版社出版。可为DSP技术课程提供教材支撑和开发参考。
（二）DSP技术人才培养现状
国家科技部提出的智慧城市，以及智能交通、智能监控等都需要嵌入式运行平台予以支撑。人工智能相关学科的传感技术、图像控制、数据分析处理等均以嵌入式开发为核心。因此，我们期望培养的具有嵌入式实践能力的学生能在城市信息化、智能化建设中发挥重要的人才作用。通过升级实验设备，丰富实验项目，以扩大DSP技术对学生的受益面。我院甚至全校的电类、控制及信息类专业学生均可通过该实验室的系统学习，掌握DSP的开发流程、项目实战，综合提高实践技能。该实验室技术平台可以实现简单的逻辑控制、复杂的智能控制、实时通信系统、物联网工程开发、实时语音处理、实时图像处理、实时的视频及视觉处理等。该实验室面向全院六个本科专业，一次同时接纳35人的实验操作，施行预约机制，技术专人辅导答疑。DSP实验室现有40台电脑，投影仪及音响等基本教学条件齐全。
二 问题解决途径及实践
（一）升级DSP实践平台
根据市场调研，我校选择了广州创龙的C6748-DSP嵌入式教学实验箱和DSP+ARM双核教学实验箱。该系列的实验设备提供了丰富的实验案例源码，为二次开发提供了可能。由于平台升级，随之各种教学资源也需要更新，包括教学大纲、教学计划、教学课件、实验指导书、课程教材等。同时为建设满足工程认证的课程体系，正在筹划慕课建设方案[5]。
（1）申请产学合作协同育人项目。培养满足企业需求的人才是衡量人才培养方案的重要指标。为此课程组积极与相关企业加强沟通与联系，并申报获批了2016年度教育部——美国TI公司产学合作协同育人项目：基于C674x混合数字信号处理实验平台设计。该项目开发了具有自主产权的SWUSTC6748-LCDK开发板，并撰写了详细的使用开发手册，积累了丰富的硬件设计和软件开发经验。项目已经结题验收。
综合理论与现状分析，课题组对创新学习指导课、创新学习课堂教学模式、学生小课题研究和创新学习策略等具体实施策略在较大范围内进行了验证性实验，并不断进行论证优化。为了取得更好的效果，我们既开设了专业的创新学习课，也设置了学科渗透课，并举行了学生创新成果大赛。从实验学校和实验学生的实际出发，按照教学规律，我们设计出创新学习的课程，在初始年级实验班级中开设，数十万名学生使用，每周一节，排进课表，小学为小课，20分钟。初高中为40分钟，实验学校在重庆有450多所，在广东、黑龙江、新疆等10多个省、直辖市、自治区有近500所。
（二）课程建设及实践
基于DSP的嵌入式开发是智慧城市、智能交通等信息化系统中的关键核心技术，企业或市场需要大量的嵌入式人才，面向实践创新的应用复合型人才是我校的人才培养目标。所以，需要加强实践平台的构建，并紧跟当下技术发展，更新主流平台[4]。目前该实验室面向学生开设TI系列的C55x-DSP实验项目，而实际上C55x更适于语音信号处理，但不适于信息学院的自动化控制、电子信息、通信工程、物联网工程、生物医学工程等专业的特点。该类DSP应用面窄，与企业的应用及需求严重脱节。经过市场调研，几乎没有企业选用该DSP开发产品；同时，科研项目也几乎不再选用。所以，此平台已不能满足我校的实践型、应用型培养需求，学生在后续工作或学习中还需要重新学习已普遍应用的C6000系列DSP。为缩小校内教学与企业技术需求的差距，亟待更新教学设备。
DSP技术自2000年以来，因其在视频监控、图像处理等领域的广泛应用，而在电子产品系统设计中得到了普遍关注。DSP可应用于机器视觉、电网自动化、航空电子与国防、高性能计算、视频编码解码、生物识别和汽车等领域。DSP开发使用跨平台非常好的C语言编程，研发人员对硬件无需太多了解即可实现一个系统的开发。相对于FPGA，实现相同运算量处理任务，无论开发周期、开发难度和系统成本来说，比DSP都要困难。FPGA更适于时序逻辑转换、高速数据采集。ARM处理器适于人机交互和任务管理，而信号处理能力也较弱。
表1 DSP技术24学时实验项目
ASP.NET是Microsoft.NET Framework中一套用于生成Web应用程序和Web服务的技术，可以通过HTML、CSS、JavaScript以及服务器脚本来构建网站。ASP.NET支持Web Pages、MVC和Web Forms三种开发模式。
TI公司作为DSP业界的领导企业，其产品线非常丰富，目前的主流DSP设备包括全球领先的低功耗C55x-DSP、经优化的单核C674x-DSP、全球领先的快速C66x-DSP、低功耗OMAP-L1x、高性能DSP+ARM。通过分析TI的DSP产品线可知，低功耗、高性能和异构多核是DSP芯片技术的发展趋势。
（3）制作全新多媒体课件。C674x-DSP与C2000/C5000系列DSP的芯片原理及开发过程等都有很大的区别。为此，课题组根据DSP技术开发流程全面梳理了开发路线，从开发入门、开发储备和开发实践的由浅入深的方式，从DSP技术概述、C674x硬件结构、软硬件开发工具、DSP算法优化和应用系统开发等几个专题，设计了全新的多媒体教学课件。
（4）撰写全新实验指导书。根据不同专业的培养方案特点，DSP技术课程开设了32学时和48学时的两种方案供选择。实验与理论的学时对半，以突出课程的实践性特点。表1展示了24学时的DSP技术实验项目内容及安排。16学时的实验包括实验一、三、四、五、七、九、十和十二。
在2018-2019-1学期中，信息工程学院共有340人选择了DSP技术课程。其中，硬件设备经过了80批次、每次35人的硬件实践教学运行，状态优良。从课程评价在线反馈来看，平均得分94.5分，达到了优秀标准。各种教学资源均得到了较好的评价和印证。
小学语文教学中很大的的困境就是学生主动性差，一直是小学语文老师灌输性教学，学生被动接受，这样的学习可想而知是很低效的。这是因为教师是以升学率为教学目标，一般更注重的是小学生对语文知识的学习和掌握，而不是以培养学生语文素养为目的的教学，所以内容一般枯燥乏味，不能有效的提起学生学习语文的积极性和主动性。
三 总结
紧跟或满足企业的技术需求，是学校人才培养的重要方向之一。课题组及时更新实践教学设备，建设并持续更新相适应的配套教学资源。根据DSP技术在业界当下的实际应用状况，采用了普遍使用的C674x-DSP实践教学平台，并制作了相应的教学课件，修订了教学大纲、授课计划，撰写了相关著作、实验指导书，同时与相关企业开展了协同育人项目合作，全面构建了大类DSP技术课程的教学资源体系。后续将完善教学课件，并开发课程网站，进一步丰富和提升学生解决复杂工程问题的能力。
参考文献
[1] 徐科军，王海欣. 研究生公共实验课“DSP技术”建设[J]. 电气电子教学学报，2018，40（5）：132-135.
[2] 肖永江，张兴娇，马文科，等. DSP技术课程教学要点及教学方法探讨[J]. 实验技术与管理，2017，34（4）：205-206+211.
[3] 洪波，王秀敏，徐明彪，等, 基于创新理念的DSP课程实验教学研究[J]. 实验室研究与探索，2014，33（10）：215-217+311.
[4] 仲元红，谢礼莹，吴华，等. 面向应用的DSP技术课程改革研究与探索[J]. 教育教学论坛，2018，（30）：86-87.
[5] 张颖颖，宋海珍. MOOC教学与DSP技术及应用实验教学的层次化融合探索[J]. 南阳师范学院学报，2017，16（6）：59-63.
本文引用格式： 路锦正.面向大类专业的DSP技术课程建设与实践[J]. 教育现代化,2019,6(77)：128-130.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.77.043
基金项目： 本文系教育部产学合作协同育人项目(201601004034)，西南科技大学教育教改研究项目（17xn0167)，专业学位研究生课程案例库建设项目(18aljs07)的研究成果。
作者简介： 路锦正，男，山东惠民人，博士，西南科技大学信息工程学院，副研究员。
标签：dsp技术论文; 大类专业论文; C674x-DSP论文; 教学资源论文; 西南科技大学信息工程学院论文;