要想了解现代的电子设计,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——便携式音乐播放器含有当今的“关键”技术,是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加高级更加复杂的产品,但是,是各种综合影响因素决定了这种设备的设计,而这种设计又对主流电子设计产生了深远的影响。实际上,在对播放器发烧友们的调查中,他们的答案包含了不少指导性的见解,这些见解不仅揭示了当前的设计现状,而且反映了电子产品设计的未来发展方向——尽管不是十分清楚。
在此处,我们最感兴趣的关键在于,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,成为年青人的追逐对象。答案不外乎于价格、款式和功能。
众所周知,价格一直是影响购买决定的主要因素,其他因素可能主要在于产品设计方面。款式是产品的物理外观,“外形感觉”,而功能基本上是由产品的操作部件及其操作方式决定的。除了对使用的存储介质(例如闪存 RAM 或硬盘)较为关心外,人们对机器内部其它部件都关心得较少,因此无法代表产品的独特性。
现在我们再看看我们例子中的音乐播放器的生产厂商,显然,正是因为产品加入了独特的款式和功能才确定了它的竞争优势。此外,保持这些独特属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,因此起着决定作用的实际上是产品的知识产权(IP)。
真正的意义在于,因为产品的款式——外观感觉——对于其他生产商来说相对容易模仿,因此现代设计中起作用的要素不可避免地在于提高软件的安全性。简言之,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方案和用来创建这些产品的方法。
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成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、用户介面控件、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。
一般来说,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是常见。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、适用于生产的电路设计,以便能在播放器项目中得到使用。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给终端产品带来任何价值 - 一个 USB 功能端口和其他端口几乎没有什么不同。
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,它们都无法再决定产品的独特之处及其竞争优势。因此,对每个新的设计项目重新设计这些模块并不会给产品带来任何价值,反而还会占用设计工程师进行新产品创新设计的时间。
电子产品设计现在发展到了一个新阶段。在此阶段,大型可编程模块和接口电路互连在一起构成硬件平台,而平台的功能由其软件确定。正是产品中嵌入的“软”智能提供了产品的独特性,从而实现了市场差异化优势,而不是物理平台属性做到的。
变革中的设计方案给现有设计方法带来了挑战,传统方法的本质以板卡为中心,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及由此带来的优势,因此在通用功能块的开发上花费时间对最终的产品毫无价值。
变革中的设计方案给现有设计方法带来了挑战,传统方法的本质以板卡为中心,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及由此带来的优势,因此在通用功能块的开发上花费时间对最终的产品毫无价值。
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设计功能块。可能存在某种设计方法,它只需要各个专业(硬件和软件)的工程师在设计流程的所有阶段将事先经过验证的功能块组合起来。这些功能块可能是以前的设计也可能是取自事先经过验证的功能块库。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、高层设计方法的关键点在于支持这种设计方法的工具基础设施,这种基础设施需要能够提供互连系统和设计数据管理功能,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,它将具体到设计流程的所有阶段。例如,在设计中设置 USB 功能块时,可以选择原理图、板卡、可编程器件和软件层实现,因此抽象功能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,各个专业的工程师都可以通过模块化的互连方式快速、自由地创建设计,加快产品开发流程,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,统一地提升抽象级别,原先将所有设计元素(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,而不是在每个设计专业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。
在这种层面上工作还可以在功能块内部创建层级区,以满足该功能不同的实现需求,从而使设计到制造更加顺利。
再次以 USB 功能块为例,如果将连接器及其连线当作隔离的子功能块,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功能块。整体功能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块。
电子产品开发流程转向下一代,这意味着新方法和系统可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,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,创造出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层设计抽象和无缝的设计重用来避免。支持这种方法的设计工具必须提供透明的总线互连、文件管理系统和设计层次控制,将流程简化为‘连接功能块’的操作。
为了使系统真正有效,必须提升设计的抽象级别,在整个设计流程中提供一致的接口,可以让各个专业的工程师方便地集成预先定义好的功能设计块。当有真正统一的设计系统支持高层次的设计抽象时,所有的设计工程师就都能以最有效的方式,集中精力创造出具有真正产品市场差异优势的创新电子产品。