走向高级设计抽象

　　想要了解现在的电子设计，您只需观察周围十几岁的年轻人就可以了。他们随身携带的电子产品，虽然可能只是以便携式音乐播放器的形式出现，但却涵盖了当今的“关键”技术，是电子技术与消费者需求之间复杂关系的典范。

　　当然，工程团队每天都会生产出更高级更复杂的产品，但是，是多种影响因素的综合决定了这种器件的设计，而这种设计又对主流电子设计产生着深远的影响。实际上，在对播放器发烧友的调查中发现，他们发表了很多具有指导意义的见解，这些见解不仅反映了当前的设计现状，而且预示了电子产品设计的未来发展方向——尽管他们的见解并不是条分缕析的答案。

今时今日的设计，其独特性与竞争优势很大程度上是由存在于软领域中的“器件智能”决定的。 IP在底层硬件上，底层硬件也使之与外界接口，但是这并不能带来真正的产品差异性。

　　热点

　　在此，我们最感兴趣的是，究竟是什么原因让这种便携式播放器从市场上数百种播放器中脱颖而出，或者是什么因素使它如此特殊，如此具有竞争力，成为年青人追逐的对象。答案不外乎价格、款式和功能。

　　众所周知，价格一直是影响购买者做出决定的主要因素，其他因素主要在于产品设计方面;款式是指产品的物理外观，或“外形感觉”;而功能基本上是由产品的操作部件及其表现决定的。人们除了对其使用的存储介质(例如闪存 RAM 或硬盘)较为关心外，对机器内部其它部件都关心得较少，这些也无法决定产品的独特性。

　　我们再来看看刚才例子中的音乐播放器的生产厂商，显然，正是因为产品中加入了独特的款式和功能才决定了它的竞争优势。此外，保持这些独特性所带来的市场差异化对产品的成功起着至关重要的作用，因此起决定作用的实际上是产品的知识产权(IP)。这真正的意义在于，因为产品的款式或是产品的外观感觉对于其他生产商来说相对容易模仿，因此现代设计中具功能性的要素不可避免地来自安全性更高的软件领域。简而言之，物理领域(例如硬件和 PCB 组合件)的设计知识产权无法使产品在市场竞争中保持独特性。与此相反，设计中的‘软’要素更容易从法律上进行保护，也更难通过逆向工程模仿，便携式音乐播放器中决定性的知识产权就是这种情况。

　　除设计安全性问题外，将产品的设计知识产权从硬件转向软件领域还能为开发功能更丰富的产品创造机会。这种以软件为中心的方法反过来又重新定义了电子产品的设计图景和用来开发这些产品的方法。

一体化设计系统使高级的设计抽象成为可能，并使之连接整个过程，使工程师有更多的精力专注于创新，而不是应付工作流程带来的挑战。

　　硬件的作用正在发生变化

　　因为现在软领域在很大程度上决定了产品的独特性和竞争力，因此随着产品设计不断转向软领域，设计中的电子硬件已经转变为通过不同物理接口连接到外部世界的一个或更多可编程器件。

　　在音乐播放器的例子中，物理硬件平台由非常相似的功能块构成——显示屏、用户界面控件、存储介质、随机存储器、数据端口等。这些都由基本的接口硬件支持，但播放器真正的功能性和决定性要素来自于在某种主机处理器上运行的软件。

　　值得注意的是，物理硬件平台上许多要素使用的电路和设计对于公共领域中的产品来说都很常见。例如，音乐播放器的 USB 数据接口可能是来源于某个主要半导体生产商的低成本部件。为了扩大器件的用途，该生产商会提供经过验证、可以用于生产的电路设计，以便能轻易地在项目中得到应用。很明显这样能带来直接的时间和经济效益，因为大部分工作都已经由半导体生产商的工程师完成了，在这方面再做工作也不会再给终端产品带来任何价值——一个 USB 功能端口和其他的几乎没有什么不同。

　　设计中的主要硬件要素无论是出自生产商提供的现有 IP还是从头设计，它们都无法决定产品的独特之处以及由此带来的竞争优势。因此，为每个新的项目重新设计这些模块并不会给产品带来任何真正的价值，反而还会占用设计工程师进行新产品创新性设计的时间。

对于嵌入式硬件开发人员来说，高级的设计抽象意味着拥有高级的设计接口系统，这样的系统能隐藏并能自动处理底层硬件的复杂性。

　　一种新途径

　　变化的设计图景给现有的设计方法带来了挑战，这种方法是传统的以板卡为中心的方法，不同的工具从“电路”角度创建硬件和软件要素。由于设计重点不断向软设计领域转变以及由此产生的优势，在通用功能模块的开发上花费时间对最终的产品并不具有价值。

　　现在需要的是可以提高设计流程的抽象程度，这样设计工程师就可以从更高的层面来利用功能模块。具有发展潜力的设计方法是要使各个领域(硬件和软件)的工程师在设计流程中将事先经过验证的功能模块组合起来。这些功能模块可能是以前的设计，也可能是取自经过验证的功能模块库。无论哪种情况，现在的设计都不再仅仅是重新使用保存的电路或代码段。

　　这种模块化、高级设计方法的关键在于支持这种方法的设计工具基础设施，这种基础设施需要提供互连系统和设计数据管理的功能，从而实现无缝的设计流程。由于硬件和软件设计的界限越来越模糊，所以提高设计流程的抽象层次必须是普遍的，或者说是统一的，它将具体到设计流程的每个阶段。例如，在设计中设置 USB 功能模块时，可以选择在原理图、板卡、可编程器件和软件层实现，因此抽象功能模块必须代表所有这些元素，并且与通用总线系统透明地进行互连。

　　在这种设计抽象层次上，各个领域的工程师都可以通过模块化的互连方式快速、自由地进行设计，这加快了产品的开发流程，并通过创新的 IP让设计工程师自由地为最终产品创造附加值。此外，在统一的水平提升抽象级别，原来将所有设计元素(硬件、软件和可编程硬件)集成在一起的复杂流程也得到了极大的简化。现在，设计作为一个整体进行抽象，而不是在每个设计领域里进行不同层次上的单独抽象，后一种情况在使用传统的分离设计工具进行设计时非常明显。

　　在这一层面上工作还可以在功能模块内部创建层级区，以满足该功能实现时的不同需求，从而使设计到制造更加顺利。

　　再次以 USB 功能模块为例，如果将连接器及其连线当作隔离的子功能模块，那么它的价值将会得到提升。采用这种方法，可以方便地激活或“装载”其他连接器来满足不同的应用需要，比如说，在其它产品中使用音乐播放器或者 USB功能模块。整体功能模块的设计是预先定义好的，也是功能齐备的、可移植的、可配置的，并且可以根据应用的需求方便地连接到其他功能模块。

　　利用高层设计

　　将电子产品开发流程推进到下一阶段意味着需要创建新方法和系统来支持当今产品中变化的软件和硬件角色。随着设计的物理硬件越来越趋向于商品化，软件元素接管了产品的独特智能属性，为此设计工程师需要采用不同的工作方式。

　　浪费大量宝贵的产品设计时间来开发不能带来产品市场价值的相似硬件，这种情况需要通过实现高级设计抽象和无缝的设计再利用来避免。支持这种方法的设计工具必须提供透明的总线互连、文件管理系统和自身的设计层次控制，将流程简化为“连接功能模块”的操作。

　　为使系统真正有效，提升后的设计的抽象级别必须在整个设计流程中提供一致的接口，可以让各个领域的工程师方便地集成预定义功能设计模块。当有真正一体化的设计系统支持高级的设计抽象时，所有的设计工程师就能以最有效的方式，集中精力创造出具有真正的、可持续的市场差异优势的创新电子产品。