形化系统设计加速应用实现和创新

成功的产品制造销售公司会在不同的方面突显自己的优势以吸引客户，例如：极佳的性能、好看的外观、简单易用性，甚至便宜的价格等。在这个全球化的时代，我们常常会看到一些公司或企业，他们的产品能够同时兼具多方面的优势，从而获得市场的认可和推宠。为了在这种激烈的产品竞争中脱颖而出，工程师们肩负着如何将最初的想法变为现实产品的重任，同时市场的瞬息万变也使得他们必须利用一系列高效的工具，来更快更好地实现他们的想法和创新。

但是，类似的高效工具与技术通常需要大量的资金投入，同时还需要安排人员参加学习培训以及实际操作调试。如此一来，这笔不小的投入就可能阻碍工程师利用这些工具和技术来达到他们的目标或者实现期望的优势。这样就会与高效工具和技术的初衷背道而驰，不应该让工具限制了技术创新和科学发现。

图形化系统设计方式
工程师们需要一个灵活的方法来帮助他们缩短新技术的学习周期，无须花费过多的时间和精力。对于测试测量和控制的系统来说，图形化系统设计的方式能够帮助工程师利用开放的软硬件平台借助图形化优势快速实现各类应用。同时，图形化系统设计可以显著降低系统的复杂度，让工程师们可以更加容易地集成新技术，通过交互式的界面来加速从设计、原型再到部署至多类硬件对象的过程。

1 充分利用商业可用技术
图1展示了图形化系统开发平台是如何简化FPGA的开发。在常规的开发方式下，实现该示例中的功能也许需要上千行的VHDL代码，而在图形化系统开发平台中，仅用了一个简单明了的图形框图就实现了相同的系统功能。同样，该平台还通过抽象各种商业可用的新技术来简化编程的复杂性，例如: 多核处理器和DSP等技术的使用。其他一些诸如通信技术和协议等的商业标准技术，也通过同样的方法在平台中进行了抽象和简化。通过这样的简化，不管是在设计一个控制系统、测试系统还是嵌入式系统，工程师们都可以将更多的注意力放在如何充分利用这些技术来更好地实现系统上。如果没有这样的开发平台，工程们一边在寻求更好的系统效率和更低的开发成本的同时，还需要花一部分精力去了解如何将各部分有效地集成在一起或与专家进行交流和学习借鉴。这无疑都会增加系统开发的周期和成本。图形化系统设计平台通过充分地抽象系统各部分的复杂性，可以提供直接对硬件引脚进行定义和操作的灵活性，工程师们可以借助图形化系统设计轻松地实现实际的系统功能，加速系统的开发。通过图形化系统设计结合各种商业可用技术，工程师们可以获得性能和成本上的双重优势。

图1 通过图形化系统设计来开发原来需要上千行VHDL代码才能实现的FPGA嵌入式系统功能，兼容多种软件编程模式

2 多种软件实现方式的集成
图形化系统设计中，工程师可以快速地获取多种方法来解决问题，从而更快地找出最佳的解决方案。当工程师们实现系统功能的时候，我们会发现系统中不同的系统组件可能需要不同的方法或者不同的运算模型才能更好地描述其功能。例如，当需要并行编程时，最佳的实现方法是通过图形化方式来实现，而考虑公式方程时，由文本来实现则会更好。

图形化系统设计中系统的架构可以是状态结构、顺序结构或者基于数据流的并行结构，甚至还会是多种结构的组合。如图2所示，图形化系统设计将各种软件计算模型结合在一起，工程师们可以在同一个平台中使用所有的编程模式，从而更快地找到实现系统功能的最佳方法。通过这样的兼容，图形化系统设计也将开发的复杂性抽象至系统级，这样，基于不同运算模型的系统组件就可以集合于同一个开发环境中，系统设计变得不仅直观还更为有效。

图2 图形化系统设计软件兼容多种运算模型和编程模式，帮助工程师找到实现系统功能的最佳途径

3 可定制的商业现成可用硬件
图形化系统设计平台中囊括了软件工具和硬件产品。因为工程师经常遇到这样的情况，虽然拥有高级的软件工具，但一旦他们想将设计的系统实现到原型样机或者最终产品的时候，由于工具链不够完善，就会大大影响产品的开发进度。 [p]

图形化的系统设计通过将软件和可自定制的商业现成硬件进行集成，帮助工程师彻底克服从开发到实现的挑战。无论是风机控制器、手机自动测试系统、又或者外科手术机器人等测控系统，通过这种途径都可以对其最终的应用进行一个全面地设计实现。测量和控制的系统需要基于硬件来实现。图形化系统设计方式为各种硬件设备提供了同一个开发平台，给予工程师们可自定制的，商业现成的选择来实现各种可行的解决方案。从通信、处理(处理器、DSP、FPGA)，再到模块化的硬件I/O等硬件组件在这里会和运算模型以及编程模式一样，被抽象到了系统层面。这样，一旦工程师使用这一系统平台进行设计实现，就可以快速构建开发周期中的各个阶段。

实践中的图形化系统设计
目前，全球有超过110多个国家的6000多所大学在使用图形化的系统设计方式。而图形化系统设计平台的高效率优势也影响着与测试测量、控制系统相关的各个行业。以Biorep Technologies公司为例，工程师们使用图形化系统设计平台来实现控制复杂的自动化医疗仪器(如图3所示)。该系统设计平台使Biorep的工程师们只需要很短的时间就能完全掌握软硬件的开发技术，将公司预计的开发时间从一年减少到三个月。

图3 通过使用图形化系统设计， Biorep Technologies将Perifusion系统(新一代细胞分泌物分析仪器)的开发时间从一年缩减到三个月

图形化系统设计平台可以满足自动化测试对系统的需求，其软件平台抽象了图形用户界面、数据通信、数据分析以及硬件I/O等，使得功能集成更加方便，同时也带来了更好的可扩展性。例如Texas Instruments公司使用图形化系统设计平台开发了他们的电源管理IC产品的自动化测试平台，将测试时间缩减了70%，并且同时将测试系统的测试产品覆盖率提高了一倍。

通过图形化系统设计，工程师们可以在一个开发平台下设计各种解决方案，满足各种应用需求。根据系统摩尔定律，当工程师向平台添加新的技术以后，基于这个平台的系统可以利用这新技术的引入带来性能和成本效率几何级数的提高。西班牙Instituto de Astrofisica de Canarias的科学家们在为欧洲巨型望远镜 (VLT) 阵列开发定位执行器的时候，就利用了这个优势。通过选择可自定制的商业现成开发平台，他们实现了最初预期的性能，如果完全使用自定制的设计，就可能无法满足这些需求。事实上，他们在显著减少开发时间的同时，达到了比系统要求更好的性能。

完善的合作生态体系加速了创新
使用图形化系统设计平台的工程师可以通过一个完全开放的生态平台，学习并借鉴其他工程师分享的成果来加速自己的开发。这样会将数以千计的分享成果(无论软件还是硬件)集合起来，帮助工程师们更高效地解决任何应用中的问题。基于平台途径开发的优势之一是可以使用社区中工程师分享的IP以及应用程序。在计算机和移动设备领域，由平台带动的周边创新是非常显著的。PC、Linux、iPhone和Android平台的背后，都是由无数的开发者、IP和应用程序所组成的社区在支持。事实上，测试测量行业中的虚拟仪器技术（由PC软件和硬件I/O周边组成）的生态体系也很好说明了图形化系统设计平台如何帮助工程师以更低的成本工程师获得具体应用领域更高的性能。

尽管系统设计中各个部分都很重要，很多工程设计工具还是只能侧重于系统实现过程中的某些的环节。通常这样的工具平台不是侧重于软件，就是侧重于硬件，而系统的整体集成反而被忽略了。工程师可能会因此耗费更多的精力和时间去选择另一个工具来帮助其完成整个系统的设计和整合。但是借助图形化系统设计，工程师们可以得到一个开放并可重配置的平台，从更高的层次来使用各种技术和工具，获得更好的软硬件集成度，从而有效缩短系统开发过程中最耗时的整体集成环节。同时，开放的平台还可以提供IP，这样开发者或者开发团队可以在不耗费额外资源的情况下，复用已有的资源。无数的工程师们通过图形化系统设计不断实践和创新，通过这个平台，他们可以利用最新的技术和IP来完成全新的系统或对现有的系统进行升级。然而，对于还未尝试过这个平台的工程师和科学家们来说，图形化系统设计将是他们实现设计目标，获得竞争优势的有效途径。