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成功的產(chǎn)品制造銷(xiāo)售公司會(huì )在不同的方面突顯自己的優(yōu)勢以吸引客戶(hù)，例如：極佳的性能、好看的外觀(guān)、簡(jiǎn)單易用性，甚至便宜的價(jià)格等。在這個(gè)全球化的時(shí)代，我們常常會(huì )看到一些公司或企業(yè)，他們的產(chǎn)品能夠同時(shí)兼具多方面的優(yōu)勢，從而獲得市場(chǎng)的認可和推寵。為了在這種激烈的產(chǎn)品競爭中脫穎而出，工程師們肩負著(zhù)如何將最初的想法變?yōu)楝F實(shí)產(chǎn)品的重任，同時(shí)市場(chǎng)的瞬息萬(wàn)變也使得他們必須利用一系列高效的工具，來(lái)更快更好地實(shí)現他們的想法和創(chuàng )新。 但是，類(lèi)似的高效工具與技術(shù)通常需要大量的資金投入，同時(shí)還需要安排人員參加學(xué)習培訓以及實(shí)際操作調試。如此一來(lái)，這筆不小的投入就可能阻礙工程師利用這些工具和技術(shù)來(lái)達到他們的目標或者實(shí)現期望的優(yōu)勢。這樣就會(huì )與高效工具和技術(shù)的初衷背道而馳，不應該讓工具限制了技術(shù)創(chuàng )新和科學(xué)發(fā)現。 圖形化系統設計方式 工程師們需要一個(gè)靈活的方法來(lái)幫助他們縮短新技術(shù)的學(xué)習周期，無(wú)須花費過(guò)多的時(shí)間和精力。對于測試測量和控制的系統來(lái)說(shuō)，圖形化系統設計的方式能夠幫助工程師利用開(kāi)放的軟硬件平臺借助圖形化優(yōu)勢快速實(shí)現各類(lèi)應用。同時(shí)，圖形化系統設計可以顯著(zhù)降低系統的復雜度，讓工程師們可以更加容易地集成新技術(shù)，通過(guò)交互式的界面來(lái)加速從設計、原型再到部署至多類(lèi)硬件對象的過(guò)程。 1 充分利用商業(yè)可用技術(shù) 圖1展示了圖形化系統開(kāi)發(fā)平臺是如何簡(jiǎn)化FPGA的開(kāi)發(fā)。在常規的開(kāi)發(fā)方式下，實(shí)現該示例中的功能也許需要上千行的VHDL代碼，而在圖形化系統開(kāi)發(fā)平臺中，僅用了一個(gè)簡(jiǎn)單明了的圖形框圖就實(shí)現了相同的系統功能。同樣，該平臺還通過(guò)抽象各種商業(yè)可用的新技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化編程的復雜性，例如: 多核處理器和DSP等技術(shù)的使用。其他一些諸如通信技術(shù)和協(xié)議等的商業(yè)標準技術(shù)，也通過(guò)同樣的方法在平臺中進(jìn)行了抽象和簡(jiǎn)化。通過(guò)這樣的簡(jiǎn)化，不管是在設計一個(gè)控制系統、測試系統還是嵌入式系統，工程師們都可以將更多的注意力放在如何充分利用這些技術(shù)來(lái)更好地實(shí)現系統上。如果沒(méi)有這樣的開(kāi)發(fā)平臺，工程們一邊在尋求更好的系統效率和更低的開(kāi)發(fā)成本的同時(shí)，還需要花一部分精力去了解如何將各部分有效地集成在一起或與專(zhuān)家進(jìn)行交流和學(xué)習借鑒。這無(wú)疑都會(huì )增加系統開(kāi)發(fā)的周期和成本。圖形化系統設計平臺通過(guò)充分地抽象系統各部分的復雜性，可以提供直接對硬件引腳進(jìn)行定義和操作的靈活性，工程師們可以借助圖形化系統設計輕松地實(shí)現實(shí)際的系統功能，加速系統的開(kāi)發(fā)。通過(guò)圖形化系統設計結合各種商業(yè)可用技術(shù)，工程師們可以獲得性能和成本上的雙重優(yōu)勢。 
圖1 通過(guò)圖形化系統設計來(lái)開(kāi)發(fā)原來(lái)需要上千行VHDL代碼才能實(shí)現的FPGA嵌入式系統功能，兼容多種軟件編程模式 2 多種軟件實(shí)現方式的集成 圖形化系統設計中，工程師可以快速地獲取多種方法來(lái)解決問(wèn)題，從而更快地找出最佳的解決方案。當工程師們實(shí)現系統功能的時(shí)候，我們會(huì )發(fā)現系統中不同的系統組件可能需要不同的方法或者不同的運算模型才能更好地描述其功能。例如，當需要并行編程時(shí)，最佳的實(shí)現方法是通過(guò)圖形化方式來(lái)實(shí)現，而考慮公式方程時(shí)，由文本來(lái)實(shí)現則會(huì )更好。 圖形化系統設計中系統的架構可以是狀態(tài)結構、順序結構或者基于數據流的并行結構，甚至還會(huì )是多種結構的組合。如圖2所示，圖形化系統設計將各種軟件計算模型結合在一起，工程師們可以在同一個(gè)平臺中使用所有的編程模式，從而更快地找到實(shí)現系統功能的最佳方法。通過(guò)這樣的兼容，圖形化系統設計也將開(kāi)發(fā)的復雜性抽象至系統級，這樣，基于不同運算模型的系統組件就可以集合于同一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，系統設計變得不僅直觀(guān)還更為有效。
圖2 圖形化系統設計軟件兼容多種運算模型和編程模式，幫助工程師找到實(shí)現系統功能的最佳途徑 3 可定制的商業(yè)現成可用硬件 圖形化系統設計平臺中囊括了軟件工具和硬件產(chǎn)品。因為工程師經(jīng)常遇到這樣的情況，雖然擁有高級的軟件工具，但一旦他們想將設計的系統實(shí)現到原型樣機或者最終產(chǎn)品的時(shí)候，由于工具鏈不夠完善，就會(huì )大大影響產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。 圖形化的系統設計通過(guò)將軟件和可自定制的商業(yè)現成硬件進(jìn)行集成，幫助工程師徹底克服從開(kāi)發(fā)到實(shí)現的挑戰。無(wú)論是風(fēng)機控制器、手機自動(dòng)測試系統、又或者外科手術(shù)機器人等測控系統，通過(guò)這種途徑都可以對其最終的應用進(jìn)行一個(gè)全面地設計實(shí)現。測量和控制的系統需要基于硬件來(lái)實(shí)現。圖形化系統設計方式為各種硬件設備提供了同一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺，給予工程師們可自定制的，商業(yè)現成的選擇來(lái)實(shí)現各種可行的解決方案。從通信、處理(處理器、DSP、FPGA)，再到模塊化的硬件I/O等硬件組件在這里會(huì )和運算模型以及編程模式一樣，被抽象到了系統層面。這樣，一旦工程師使用這一系統平臺進(jìn)行設計實(shí)現，就可以快速構建開(kāi)發(fā)周期中的各個(gè)階段。 實(shí)踐中的圖形化系統設計 目前，全球有超過(guò)110多個(gè)國家的6000多所大學(xué)在使用圖形化的系統設計方式。而圖形化系統設計平臺的高效率優(yōu)勢也影響著(zhù)與測試測量、控制系統相關(guān)的各個(gè)行業(yè)。以Biorep Technologies公司為例，工程師們使用圖形化系統設計平臺來(lái)實(shí)現控制復雜的自動(dòng)化醫療儀器(如圖3所示)。該系統設計平臺使Biorep的工程師們只需要很短的時(shí)間就能完全掌握軟硬件的開(kāi)發(fā)技術(shù)，將公司預計的開(kāi)發(fā)時(shí)間從一年減少到三個(gè)月。
圖3 通過(guò)使用圖形化系統設計， Biorep Technologies將Perifusion系統(新一代細胞分泌物分析儀器)的開(kāi)發(fā)時(shí)間從一年縮減到三個(gè)月 圖形化系統設計平臺可以滿(mǎn)足自動(dòng)化測試對系統的需求，其軟件平臺抽象了圖形用戶(hù)界面、數據通信、數據分析以及硬件I/O等，使得功能集成更加方便，同時(shí)也帶來(lái)了更好的可擴展性。例如Texas Instruments公司使用圖形化系統設計平臺開(kāi)發(fā)了他們的電源管理IC產(chǎn)品的自動(dòng)化測試平臺，將測試時(shí)間縮減了70%，并且同時(shí)將測試系統的測試產(chǎn)品覆蓋率提高了一倍。 通過(guò)圖形化系統設計，工程師們可以在一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺下設計各種解決方案，滿(mǎn)足各種應用需求。根據系統摩爾定律，當工程師向平臺添加新的技術(shù)以后，基于這個(gè)平臺的系統可以利用這新技術(shù)的引入帶來(lái)性能和成本效率幾何級數的提高。西班牙Instituto de Astrofisica de Canarias的科學(xué)家們在為歐洲巨型望遠鏡 (VLT) 陣列開(kāi)發(fā)定位執行器的時(shí)候，就利用了這個(gè)優(yōu)勢。通過(guò)選擇可自定制的商業(yè)現成開(kāi)發(fā)平臺，他們實(shí)現了最初預期的性能，如果完全使用自定制的設計，就可能無(wú)法滿(mǎn)足這些需求。事實(shí)上，他們在顯著(zhù)減少開(kāi)發(fā)時(shí)間的同時(shí)，達到了比系統要求更好的性能。 完善的合作生態(tài)體系加速了創(chuàng )新 使用圖形化系統設計平臺的工程師可以通過(guò)一個(gè)完全開(kāi)放的生態(tài)平臺，學(xué)習并借鑒其他工程師分享的成果來(lái)加速自己的開(kāi)發(fā)。這樣會(huì )將數以千計的分享成果(無(wú)論軟件還是硬件)集合起來(lái)，幫助工程師們更高效地解決任何應用中的問(wèn)題�；谄脚_途徑開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢之一是可以使用社區中工程師分享的IP以及應用程序。在計算機和移動(dòng)設備領(lǐng)域，由平臺帶動(dòng)的周邊創(chuàng )新是非常顯著(zhù)的。PC、Linux、iPhone和Android平臺的背后，都是由無(wú)數的開(kāi)發(fā)者、IP和應用程序所組成的社區在支持。事實(shí)上，測試測量行業(yè)中的虛擬儀器技術(shù)（由PC軟件和硬件I/O周邊組成）的生態(tài)體系也很好說(shuō)明了圖形化系統設計平臺如何幫助工程師以更低的成本工程師獲得具體應用領(lǐng)域更高的性能。 盡管系統設計中各個(gè)部分都很重要，很多工程設計工具還是只能側重于系統實(shí)現過(guò)程中的某些的環(huán)節。通常這樣的工具平臺不是側重于軟件，就是側重于硬件，而系統的整體集成反而被忽略了。工程師可能會(huì )因此耗費更多的精力和時(shí)間去選擇另一個(gè)工具來(lái)幫助其完成整個(gè)系統的設計和整合。但是借助圖形化系統設計，工程師們可以得到一個(gè)開(kāi)放并可重配置的平臺，從更高的層次來(lái)使用各種技術(shù)和工具，獲得更好的軟硬件集成度，從而有效縮短系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中最耗時(shí)的整體集成環(huán)節。同時(shí)，開(kāi)放的平臺還可以提供IP，這樣開(kāi)發(fā)者或者開(kāi)發(fā)團隊可以在不耗費額外資源的情況下，復用已有的資源。無(wú)數的工程師們通過(guò)圖形化系統設計不斷實(shí)踐和創(chuàng )新，通過(guò)這個(gè)平臺，他們可以利用最新的技術(shù)和IP來(lái)完成全新的系統或對現有的系統進(jìn)行升級。然而，對于還未嘗試過(guò)這個(gè)平臺的工程師和科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，圖形化系統設計將是他們實(shí)現設計目標，獲得競爭優(yōu)勢的有效途徑。 |
