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功能原型设计系列为什么要进行快速原型系统

发布时间:2019-11-09 19:11:46

功能原型设计系列:为什么要进行快速原型 - 系统设计 - 电子工程

为什么要创建功能性原型呢?对于这个问题,我们首先要从嵌入式应用及其开发方式谈起。

谈到嵌入式系统,其范畴和定义是非常广泛的,我们首先想到的往往是日常使用的,mp3,数码相机这些小型的消费电子产品,但是嵌入式系统的范围其实要广泛得多,医院里的心电监视仪,B超设备,核磁共振仪也是嵌入式系统,甚至汽车引擎控制器,智能移动机器人、风力发电机的主控与监测设备都是嵌入式系统。这里我们主要针对的是一些专业领域中,对系统的实时性、确定性、可靠性有较高要求的嵌入式应用。根据其需求和特点,我们把这些应用分为三类,分别是实时控制、比如汽车和航空控制器设计中经常涉及的快速控制原型、硬件在环仿真,还有属于前沿研究领域的移动机器人、无人车、无人机控制等等;第二类是在线监测,比如结构监测,包括建筑和桥梁、公路等基础设施的结构健康监测,地震监测,或者用于设备和机器维护的机器状态监测等等;此外集成的测试与控制也是非常广泛的一类应用,比如一些风洞测试,尽管主要是实时数据采集,但也要做快速计算出是否接近共振条件,从而控制风速以免损坏设备

我们刚才列举了专业领域的一些典型实时与嵌入式应用,这些应用的开发从比较概括的说可以分为两个阶段,阶段一通常由领域专家,比如生物医学、无线通信或汽车工程方面的研发人员,使用文本数学工具进行算法设计、建模、仿真。这一阶段的成果是特定的、达到一定目的的浮点算法。通常这部分的工作以软件平台为主。阶段二的主要任务将算法移植到实时嵌入式硬件平台之中加以实现,这部分任务通常由具有电子工程背景的嵌入式系统的开发人员加以完成,硬件平台常会采用微处理器,微控制器或FPGA,就会牵涉到相关的开发环境比如C或VHDL,甚至汇编。

因此,在这两个阶段之间存在着一个衔接的问题。一方面,从文本数学平台下开发的浮点算法需要移植为能够在嵌入式系统下运行的代码,比如C代码甚至定点算法,这个转换过程的衔接,如果嵌入式系统开发人员对专业领域知识缺乏一定深度的了解和掌握,往往会产生算法移植的偏差,甚至导致返工。另一方面,这样的衔接和移植并不是一次性就能完成的,而且需要多次的循环往复,在阶段二发现算法存在的问题后,需要领域专家修改调整算法,然后再进行重新的移植和系统实现,其工作量可能相当的大。

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