抽象工具排解系统设计复杂性
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抽象工具排解系统设计复杂性
嵌入式开发工具不断包含更高层次的抽象来平衡设计复杂性的增长
要点
● 抽象通过隐藏细节来降低复杂性。
● 抽象不会减少某项设计的细节数量。
● 自动化开发工具可简化以前的创新设计思路和实现方法，并使之商品化。
● 抽象隐藏细节，但不应该妨碍您检查细节。
复杂性是相对的。如果您无法在特定环境内描绘问题的特性并了解问题，那么复杂性就会使您无法解决问题。同时，复杂性为你提供制造出与众不同产品的机会。再则，复杂性如果被你攻克，就会成为您搞出与众不同设计的基础，并成为竞争对手的障碍，尽管是临时障碍。如果没有足够的复杂性，就很难提供独特的增值功能， 这是因为竞争对手可以很容易地仿制您的开发成果，并在他们的产品中增加这些功能。
一条工程经验法则是：设计小组能够以最低成本，在最短的开发时间内交付组合有最佳功能的产品，条件是他们只关注其中的两个要素，牺牲第三个要素。在一个竞争的领域内，至关重要的是要实现所有这三个要素，这又会提高设计成果的总复杂性（附文《无法满足的胃口》）。幸好，您不必彻底了解产品的每一个细节就能使用它。使用能支持特定领域的抽象工具或能为自己正在研制的系统创建特定抽象的工具，就是一种降低设计复杂性、提高开发效率的技术。
抽象是对某系统的细节进行组织的过程，这样您就可以专注于总体情况的关键要素。抽象并不会减少——甚至还可能增加——您必须为某项设计而要处理的细节数量。然而，抽象能够组织这些细节，以便您能减少你为设计中任何一部分必须考虑的细节数量。建立有用抽象的挑战性在于根据环境和谁将使用这些抽象，确定哪些性能是必不可少的，哪些性能是可以忽略的。抽象是智能框架，从多个方面对某个系统进行抽象也许是很有用的。设计师和用户也许需要使用同一系统的不同抽象。对于分层抽象来说，工作在每个抽象层次的设计师也许需要与一组不同的细节打交道。
对某个系统适当地进行抽象，可以为设计小组的每名成员降低系统复杂性，这是因为您可以避免每位设计师去考虑不相关的细节。实际上，您是在简化和限定每一位设计师必须面对的条件范围。抽象某个系统，可能有利于汇总系统微观行为，以便能在宏观层次揭示微观行为，使之概念化，再进行处置。有时，不必了解各事件的具体顺序就可以从存储器中提取数据，或对这些数据进行算术运算。然而有些时候，例如，当您的系统对连续数据流进行实时的计算密集型操作时，了解并控制这两种机制的细节对于项目的成功是至关重要的。
抽象某个系统可以帮助您鉴别、隔离并管理一个系统的逻辑部件之间在计算和接口两个方面的相关性，这样您就能在各部分中解决大问题。如果您缺乏恰当的词汇和其它符号工具来表述某个问题，您就会在解决该问题时面临严重的障碍。恰当地抽象某个系统，可以为您提供词汇和符号集，从而在设计小组成员之间就各个部分及其相互关系进行有意义的沟通。恰当的词汇和符号集是适用于特定应用和特定领域的。一个标准的或通用的符号集可能无法使您充分表述您正在努力解决的系统和问题，它可能会使您偏向采用一种次优方法。
工具、工具、工具
产品设计正在一代一代地增加占用更多处理能力的复杂功能，而产品设计周期比以往任何时候都短。为了跟上这些设计日益提高的复杂性，开发小组可以依靠以下手段：重复使用既有设计；获得第三方知识产权 (IP) 的许可证；使用各种抽象或隐藏目标平台实现细节的工具。汇编器、编译器、建模工具、代码发生器、操作系统和外设驱动程序都能隐藏目标处理平台的细节，而且一般都能提高设计师的工作效率。这几类工具通常不提供应用级抽象；它们按分层方式工作，从而抽象目标实现细节并使之自动化，而无需了解系统的行为。
另一类代码发生器，比如 Celoxica 公司和 Stretch 公司的产品，有助于把 C 源码自动转换成硬件块。这些工具使您能够保持一致的软件开发方法，并仍能受益于采用并行单元的硬件处理速度加快。AccelChip 公司和 Catalytic 公司的代码发生器工作于更高的层次，直接依靠 Matlab 文件，来生成可合成的 RTL，或把浮点模型转换成定点目标代码。
应用抽象工具试图使系统行为与实现方法无关。Aonix公司、The MathWorks公司、National Instruments公司、Teja 公司提供的工具，能为十分关键的信号安全处理或高度并行的多处理器应用系统提供特定域抽象。特定域抽象工具包括合适的符号工具和结构，而这些工具与结构使您能更自然地表述和探索该域中的设计方法，不过在目标域之外，它们的用处通常是有限的。通用抽象工具，如 I-Logix 公司和 IBM 公司的 UML（统一建模语言）工具， 使您能够创建自己的抽象，而且在更广的应用范围内都很有用，但要依靠您运用您的工程专业知识来构建有意义的特定域抽象。
图 1，UML 是OMG公司 的模型驱动体系结构的基础。与平台无关的模型包含系统行为，而特定平台模型根据特定平台映射规则和与平台无关模型的标记，包含实现细则。
MDA（模型驱动的体系结构）开发工具使系统行为细节的建模与实现方法细节的建模无关，具体做法是将这些模型分割成与UML 平台无关的模型和特定平台模型（图 1）。与平台无关模型不包括技术实现细节，侧重于描述系统的功能和行为。MDA 开发工具应用映射模板来产生特定平台模型。为了实现这种转换，您必须精确调节与平台无关的模型，并对它做注释，以便加进语义学和规则，用以生成代码。MDA 开发工具根据这些模型产生机器生成的代码，您可以对照行为模型来测试已生成代码的正确性。如果您改变行为模型或实现模型，则重新生成的代码始终会利用这些变化。
只要对较低层次实现细节的生成进行抽象和自动化，这些工具就能提供一种使设计能在各种目标平台之间移植，并使设计块能被反复使用的机制。然而，抽象只能实现移植机制。例如，如果目标处理器没有代码生成器，您就必须人工移植设计实现。除了这些益处之外，随着更高层次的工具在目标级变得更成熟、更便于使用、更有效，能够维持既有设计细节并实质性参与嵌入式设计的人数会相应增多（图 2）。拥有技巧和知识以便使用较低级别工具进行设计的人现在要比能使用较高级工具进行设计的人少。
要点
● 抽象通过隐藏细节来降低复杂性。
● 抽象不会减少某项设计的细节数量。
● 自动化开发工具可简化以前的创新设计思路和实现方法，并使之商品化。
● 抽象隐藏细节，但不应该妨碍您检查细节。
复杂性是相对的。如果您无法在特定环境内描绘问题的特性并了解问题，那么复杂性就会使您无法解决问题。同时，复杂性为你提供制造出与众不同产品的机会。再则，复杂性如果被你攻克，就会成为您搞出与众不同设计的基础，并成为竞争对手的障碍，尽管是临时障碍。如果没有足够的复杂性，就很难提供独特的增值功能， 这是因为竞争对手可以很容易地仿制您的开发成果，并在他们的产品中增加这些功能。
一条工程经验法则是：设计小组能够以最低成本，在最短的开发时间内交付组合有最佳功能的产品，条件是他们只关注其中的两个要素，牺牲第三个要素。在一个竞争的领域内，至关重要的是要实现所有这三个要素，这又会提高设计成果的总复杂性（附文《无法满足的胃口》）。幸好，您不必彻底了解产品的每一个细节就能使用它。使用能支持特定领域的抽象工具或能为自己正在研制的系统创建特定抽象的工具，就是一种降低设计复杂性、提高开发效率的技术。
抽象是对某系统的细节进行组织的过程，这样您就可以专注于总体情况的关键要素。抽象并不会减少——甚至还可能增加——您必须为某项设计而要处理的细节数量。然而，抽象能够组织这些细节，以便您能减少你为设计中任何一部分必须考虑的细节数量。建立有用抽象的挑战性在于根据环境和谁将使用这些抽象，确定哪些性能是必不可少的，哪些性能是可以忽略的。抽象是智能框架，从多个方面对某个系统进行抽象也许是很有用的。设计师和用户也许需要使用同一系统的不同抽象。对于分层抽象来说，工作在每个抽象层次的设计师也许需要与一组不同的细节打交道。
对某个系统适当地进行抽象，可以为设计小组的每名成员降低系统复杂性，这是因为您可以避免每位设计师去考虑不相关的细节。实际上，您是在简化和限定每一位设计师必须面对的条件范围。抽象某个系统，可能有利于汇总系统微观行为，以便能在宏观层次揭示微观行为，使之概念化，再进行处置。有时，不必了解各事件的具体顺序就可以从存储器中提取数据，或对这些数据进行算术运算。然而有些时候，例如，当您的系统对连续数据流进行实时的计算密集型操作时，了解并控制这两种机制的细节对于项目的成功是至关重要的。
抽象某个系统可以帮助您鉴别、隔离并管理一个系统的逻辑部件之间在计算和接口两个方面的相关性，这样您就能在各部分中解决大问题。如果您缺乏恰当的词汇和其它符号工具来表述某个问题，您就会在解决该问题时面临严重的障碍。恰当地抽象某个系统，可以为您提供词汇和符号集，从而在设计小组成员之间就各个部分及其相互关系进行有意义的沟通。恰当的词汇和符号集是适用于特定应用和特定领域的。一个标准的或通用的符号集可能无法使您充分表述您正在努力解决的系统和问题，它可能会使您偏向采用一种次优方法。
工具、工具、工具
产品设计正在一代一代地增加占用更多处理能力的复杂功能，而产品设计周期比以往任何时候都短。为了跟上这些设计日益提高的复杂性，开发小组可以依靠以下手段：重复使用既有设计；获得第三方知识产权 (IP) 的许可证；使用各种抽象或隐藏目标平台实现细节的工具。汇编器、编译器、建模工具、代码发生器、操作系统和外设驱动程序都能隐藏目标处理平台的细节，而且一般都能提高设计师的工作效率。这几类工具通常不提供应用级抽象；它们按分层方式工作，从而抽象目标实现细节并使之自动化，而无需了解系统的行为。
另一类代码发生器，比如 Celoxica 公司和 Stretch 公司的产品，有助于把 C 源码自动转换成硬件块。这些工具使您能够保持一致的软件开发方法，并仍能受益于采用并行单元的硬件处理速度加快。AccelChip 公司和 Catalytic 公司的代码发生器工作于更高的层次，直接依靠 Matlab 文件，来生成可合成的 RTL，或把浮点模型转换成定点目标代码。
应用抽象工具试图使系统行为与实现方法无关。Aonix公司、The MathWorks公司、National Instruments公司、Teja 公司提供的工具，能为十分关键的信号安全处理或高度并行的多处理器应用系统提供特定域抽象。特定域抽象工具包括合适的符号工具和结构，而这些工具与结构使您能更自然地表述和探索该域中的设计方法，不过在目标域之外，它们的用处通常是有限的。通用抽象工具，如 I-Logix 公司和 IBM 公司的 UML（统一建模语言）工具， 使您能够创建自己的抽象，而且在更广的应用范围内都很有用，但要依靠您运用您的工程专业知识来构建有意义的特定域抽象。
图 1，UML 是OMG公司 的模型驱动体系结构的基础。与平台无关的模型包含系统行为，而特定平台模型根据特定平台映射规则和与平台无关模型的标记，包含实现细则。
MDA（模型驱动的体系结构）开发工具使系统行为细节的建模与实现方法细节的建模无关，具体做法是将这些模型分割成与UML 平台无关的模型和特定平台模型（图 1）。与平台无关模型不包括技术实现细节，侧重于描述系统的功能和行为。MDA 开发工具应用映射模板来产生特定平台模型。为了实现这种转换，您必须精确调节与平台无关的模型，并对它做注释，以便加进语义学和规则，用以生成代码。MDA 开发工具根据这些模型产生机器生成的代码，您可以对照行为模型来测试已生成代码的正确性。如果您改变行为模型或实现模型，则重新生成的代码始终会利用这些变化。
只要对较低层次实现细节的生成进行抽象和自动化，这些工具就能提供一种使设计能在各种目标平台之间移植，并使设计块能被反复使用的机制。然而，抽象只能实现移植机制。例如，如果目标处理器没有代码生成器，您就必须人工移植设计实现。除了这些益处之外，随着更高层次的工具在目标级变得更成熟、更便于使用、更有效，能够维持既有设计细节并实质性参与嵌入式设计的人数会相应增多（图 2）。拥有技巧和知识以便使用较低级别工具进行设计的人现在要比能使用较高级工具进行设计的人少。
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