圖形化系統(tǒng)設計加速實現(xiàn)各類應用

成功的產(chǎn)品制造銷售公司會在不同的方面突顯自己的優(yōu)勢以吸引客戶，例如：極佳的性能、好看的外觀、簡單易用性，甚至便宜的價格等。在這個全球化的時代，我們常常會看到一些公司或企業(yè)，他們的產(chǎn)品能夠同時兼具多方面的優(yōu)勢，從而獲得市場的認可和推寵。為了在這種激烈的產(chǎn)品競爭中脫穎而出，工程師們肩負著如何將最初的想法變?yōu)楝F(xiàn)實產(chǎn)品的重任，同時市場的瞬息萬變也使得他們必須利用一系列高效的工具，來更快更好地實現(xiàn)他們的想法和創(chuàng)新。

但是，類似的高效工具與技術通常需要大量的資金投入，同時還需要安排人員參加學習培訓以及實際操作調(diào)試。如此一來，這筆不小的投入就可能阻礙工程師利用這些工具和技術來達到他們的目標或者實現(xiàn)期望的優(yōu)勢。這樣就會與高效工具和技術的初衷背道而馳，不應該讓工具限制了技術創(chuàng)新和科學發(fā)現(xiàn)。

工程師們需要一個靈活的方法來幫助他們縮短新技術的學習周期，無須花費過多的時間和精力。對于測試測量和控制的系統(tǒng)來說，圖形化系統(tǒng)設計的方式能夠幫助工程師利用開放的軟硬件平臺借助圖形化優(yōu)勢快速實現(xiàn)各類應用。同時，圖形化系統(tǒng)設計可以顯著降低系統(tǒng)的復雜度，讓工程師們可以更加容易地集成新技術，通過交互式的界面來加速從設計、原型再到部署至多類硬件對象的過程。

1 充分利用商業(yè)可用技術

圖1展示了圖形化系統(tǒng)開發(fā)平臺是如何簡化FPGA的開發(fā)。在常規(guī)的開發(fā)方式下，實現(xiàn)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(tǒng)開發(fā)平臺中，僅用了一個簡單明了的圖形框圖就實現(xiàn)了相同的系統(tǒng)功能。同樣，該平臺還通過抽象各種商業(yè)可用的新技術來簡化編程的復雜性，例如： 多核處理器和DSP等技術的使用。其他一些諸如通信技術和協(xié)議等的商業(yè)標準技術，也通過同樣的方法在平臺中進行了抽象和簡化。通過這樣的簡化，不管是在設計一個控制系統(tǒng)、測試系統(tǒng)還是嵌入式系統(tǒng)，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來更好地實現(xiàn)系統(tǒng)上。如果沒有這樣的開發(fā)平臺，工程們一邊在尋求更好的系統(tǒng)效率和更低的開發(fā)成本的同時，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家進行交流和學習借鑒。這無疑都會增加系統(tǒng)開發(fā)的周期和成本。圖形化系統(tǒng)設計平臺通過充分地抽象系統(tǒng)各部分的復雜性，可以提供直接對硬件引腳進行定義和操作的靈活性，工程師們可以借助圖形化系統(tǒng)設計輕松地實現(xiàn)實際的系統(tǒng)功能，加速系統(tǒng)的開發(fā)。通過圖形化系統(tǒng)設計結合各種商業(yè)可用技術，工程師們可以獲得性能和成本上的雙重優(yōu)勢。

圖1 通過圖形化系統(tǒng)設計來開發(fā)原來需要上千行VHDL代碼才能實現(xiàn)的FPGA嵌入式系統(tǒng)功能，兼容多種軟件編程模式

2 多種軟件實現(xiàn)方式的集成

圖形化系統(tǒng)設計中，工程師可以快速地獲取多種方法來解決問題，從而更快地找出最佳的解決方案。當工程師們實現(xiàn)系統(tǒng)功能的時候，我們會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中不同的系統(tǒng)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，最佳的實現(xiàn)方法是通過圖形化方式來實現(xiàn)，而考慮公式方程時，由文本來實現(xiàn)則會更好。

圖形化系統(tǒng)設計中系統(tǒng)的架構可以是狀態(tài)結構、順序結構或者基于數(shù)據(jù)流的并行結構，甚至還會是多種結構的組合。如圖2所示，圖形化系統(tǒng)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平臺中使用所有的編程模式，從而更快地找到實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳方法。通過這樣的兼容，圖形化系統(tǒng)設計也將開發(fā)的復雜性抽象至系統(tǒng)級，這樣，基于不同運算模型的系統(tǒng)組件就可以集合于同一個開發(fā)環(huán)境中，系統(tǒng)設計變得不僅直觀還更為有效。

圖2 圖形化系統(tǒng)設計軟件兼容多種運算模型和編程模式，幫助工程師找到實現(xiàn)系統(tǒng)功能的最佳途徑

3 可定制的商業(yè)現(xiàn)成可用硬件

圖形化系統(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)到原型樣機或者最終產(chǎn)品的時候，由于工具鏈不夠完善，就會大大影響產(chǎn)品的開發(fā)進度。

圖形化的系統(tǒng)設計通過將軟件和可自定制的商業(yè)現(xiàn)成硬件進行集成，幫助工程師徹底克服從開發(fā)到實現(xiàn)的挑戰(zhàn)。無論是風機控制器、手機自動測試系統(tǒng)、又或者外科手術機器人等測控系統(tǒng)，通過這種途徑都可以對其最終的應用進行一個全面地設計實現(xiàn)。測量和控制的系統(tǒng)需要基于硬件來實現(xiàn)。圖形化系統(tǒng)設計方式為各種硬件設備提供了同一個開發(fā)平臺，給予工程師們可自定制的，商業(yè)現(xiàn)成的選擇來實現(xiàn)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和運算模型以及編程模式一樣，被抽象到了系統(tǒng)層面。這樣，一旦工程師使用這一系統(tǒng)平臺進行設計實現(xiàn)，就可以快速構建開發(fā)周期中的各個階段。

目前，全球有超過110多個國家的6000多所大學在使用圖形化的系統(tǒng)設計方式。而圖形化系統(tǒng)設計平臺的高效率優(yōu)勢也影響著與測試測量、控制系統(tǒng)相關的各個行業(yè)。以Biorep Technologies公司為例，工程師們使用圖形化系統(tǒng)設計平臺來實現(xiàn)控制復雜的自動化醫(yī)療儀器（如圖3所示）。該系統(tǒng)設計平臺使Biorep的工程師們只需要很短的時間就能完全掌握軟硬件的開發(fā)技術，將公司預計的開發(fā)時間從一年減少到三個月。

圖3 通過使用圖形化系統(tǒng)設計， Biorep Technologies將Perifusion系統(tǒng)（新一代細胞分泌物分析儀器）的開發(fā)時間從一年縮減到三個月

圖形化系統(tǒng)設計平臺可以滿足自動化測試對系統(tǒng)的需求，其軟件平臺抽象了圖形用戶界面、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)分析以及硬件I/O等，使得功能集成更加方便，同時也帶來了更好的可擴展性。例如Texas Instruments公司使用圖形化系統(tǒng)設計平臺開發(fā)了他們的電源管理IC產(chǎn)品的自動化測試平臺，將測試時間縮減了70%，并且同時將測試系統(tǒng)的測試產(chǎn)品覆蓋率提高了一倍。

通過圖形化系統(tǒng)設計，工程師們可以在一個開發(fā)平臺下設計各種解決方案，滿足各種應用需求。根據(jù)系統(tǒng)摩爾定律，當工程師向平臺添加新的技術以后，基于這個平臺的系統(tǒng)可以利用這新技術的引入帶來性能和成本效率幾何級數(shù)的提高。西班牙InsTItuto de Astrofisica de Canarias的科學家們在為歐洲巨型望遠鏡 （VLT） 陣列開發(fā)定位執(zhí)行器的時候，就利用了這個優(yōu)勢。通過選擇可自定制的商業(yè)現(xiàn)成開發(fā)平臺，他們實現(xiàn)了最初預期的性能，如果完全使用自定制的設計，就可能無法滿足這些需求。事實上，他們在顯著減少開發(fā)時間的同時，達到了比系統(tǒng)要求更好的性能。

使用圖形化系統(tǒng)設計平臺的工程師可以通過一個完全開放的生態(tài)平臺，學習并借鑒其他工程師分享的成果來加速自己的開發(fā)。這樣會將數(shù)以千計的分享成果（無論軟件還是硬件）集合起來，幫助工程師們更高效地解決任何應用中的問題。基于平臺途徑開發(fā)的優(yōu)勢之一是可以使用社區(qū)中工程師分享的IP以及應用程序。在計算機和移動設備領域，由平臺帶動的周邊創(chuàng)新是非常顯著的。PC、Linux、iPhone和Android平臺的背后，都是由無數(shù)的開發(fā)者、IP和應用程序所組成的社區(qū)在支持。事實上，測試測量行業(yè)中的虛擬儀器技術（由PC軟件和硬件I/O周邊組成）的生態(tài)體系也很好說明了圖形化系統(tǒng)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域更高的性能。

盡管系統(tǒng)設計中各個部分都很重要，很多工程設計工具還是只能側重于系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的某些的環(huán)節(jié)。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(tǒng)的整體集成反而被忽略了。工程師可能會因此耗費更多的精力和時間去選擇另一個工具來幫助其完成整個系統(tǒng)的設計和整合。但是借助圖形化系統(tǒng)設計，工程師們可以得到一個開放并可重配置的平臺，從更高的層次來使用各種技術和工具，獲得更好的軟硬件集成度，從而有效縮短系統(tǒng)開發(fā)過程中最耗時的整體集成環(huán)節(jié)。同時，開放的平臺還可以提供IP，這樣開發(fā)者或者開發(fā)團隊可以在不耗費額外資源的情況下，復用已有的資源。無數(shù)的工程師們通過圖形化系統(tǒng)設計不斷實踐和創(chuàng)新，通過這個平臺，他們可以利用最新的技術和IP來完成全新的系統(tǒng)或對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行升級。然而，對于還未嘗試過這個平臺的工程師和科學家們來說，圖形化系統(tǒng)設計將是他們實現(xiàn)設計目標，獲得競爭優(yōu)勢的有效途徑。