创新在今天的工程社区中是活跃的和良好的，这从设计理念的宝库中得到了证明电子设计供读者、供应商、员工和其他贡献者发表。令人难以置信的是，在每个作品中都能看到真实的想象力和工程水平。而且似乎无论有多少新想法出现，永远不会缺少需要创新解决方案的新问题。
这在测试和测量中与设计中同样适用。测试工程师正经历着前所未有的挑战，需要在所有行业中进行创新。在通信行业，这是为了跟上最新的无线标准，从3G到长期演进(LTE)，现在是LTE- advanced。在汽车行业，我们正致力于发展替代能源驱动的汽车。由于金融、政治和军事环境的变化，航空航天和国防正在经历各种各样的转变。
测试和度量方面的创新的两个主要驱动因素是解决关键的业务和技术导向的挑战的需求。关键的业务挑战包括对提高生产率、更快的上市时间、提高重用和投资回报率(ROI)、降低总拥有成本和提高吞吐量的需求。测试和测量中日益复杂的技术挑战包括日益增长的被测设备(dut)及其相关的软件定义测试系统、多种计算模型、异构处理和硬件目标类型，提供越来越快的I/O，快速出现的商业技术，集成了系统级的启动器定时和同步。
美国国家仪器公司(National Instruments)最近在德克萨斯州奥斯汀举行的年度NIWeek用户大会上详细介绍了一种创新的商业和技术结合方法，即图形系统设计，以帮助促进测试、测量和控制领域的创新。对于需要测量和控制的系统，图形化系统设计是一种利用开放的软硬件系统平台可视化和实现系统的方法。它以一种抽象系统复杂性的方式整合技术，使工程师更容易在他们的解决方案中使用新技术。
商业技术的抽象
图1展示了一个图形化的系统设计平台如何将FPGA技术的复杂性抽象到引脚。在这个例子中，系统功能的清晰图形表示替换了数千行等价的VHDL代码。当利用多核处理器或dsp时，该平台还抽象了编程的复杂性。任何其他商业标准技术，包括通信技术和协议，都以同样的方式抽象。
通过这种对复杂性的抽象，工程师可以专注于使用技术来服务于系统的最终目标，无论是控制系统、测试系统还是嵌入式系统。如果没有这种方法，通过更好的性能和更低的商业技术成本来寻求竞争优势的工程师要么必须专注于编程组件，要么必须与能够这样做的专家进行交互。这两种选择都增加了上市时间。
图形化系统设计通过充分抽象复杂性，同时提供对引脚的访问，从而加快了开发速度，使工程师能够轻松地将技术用于系统目的。通过图形化系统设计方法，工程师可以在不增加投入市场时间的情况下获得商业技术的性能和成本效益。
多种软件方法的集成
图形化系统设计使工程师能够探索解决问题的多种方式，并比传统方法更快地锁定最佳选择。当工程师将系统功能可视化时，不同的系统组件可能需要不同的方法或计算模型，以最好地描述该功能。例如，并行编程最好用图形表示，但方程最好用文本表示。系统的结构可以是基于状态的、顺序的、基于数据流的并行的，或者是混合模型（图2）．
图形化的系统设计软件可以在一个单一的探索空间中整合多种计算模型或方法，从而为工程师提供他们需要的功能的最佳方法。在这样做的过程中，图形化系统设计在系统级别抽象了复杂性，不同模型的系统组件可以放在一个单一的软件平台空间中，然后以可视的、功能的和在架构上合理的方式集成在一起。
可定制的现成的
图形化系统设计方法包括软件和硬件，作为探索和实现平台的一部分。工程师通常都有优秀的高级软件工具。但是当他们真正实现原型或最终系统时，工具链开始减缓开发。模型要么在边界条件下崩溃，要么在现实世界中不符合预期，要么在硬件中实现软件存在困难。
通过图形化系统设计，单一的开放平台方法将软件从头到尾与可定制的现成硬件平台集成在一起。这种方法对系统进行了全面的观察，最终目的是作为风力涡轮机的控制器，手机的自动化测试系统，或可以对人类进行手术的机器人。
需要测量和控制的每个系统都需要硬件实现。图形系统设计包括多个硬件形式因子中的相同平台元素，使工程师可以使用可定制的现成选项来探索解决方案。普通硬件平台元素 - 处理（处理器，DSP，FPGA），通信和模块化I / O-在系统级别以与抽象模型和其他软件结构相同的方式抽象。一旦工程师投资了系统平台的学习曲线，它们就可以在产品开发周期的每个阶段快速集成和迭代。
图形系统设计的实践
在这个问题的极端边缘是航空航天和防御的下一代发展。最近，国防高级研究项目机构（DARPA）宣布了对元计划的资助研究，该计划旨在通过基于模型的设计方法改善和加速融合软件和机电系统的防御系统的开发。这些要求比传统方法更好地缩放图形系统设计方法，因为它摘要系统组件，软件和硬件的复杂性，并专注于这些组件的集成。
图形化系统设计平台的生产力优势跨越了工程师创建需要测量和控制的系统的每个行业。在BioRep技术公司，工程师们使用图形系统设计来控制复杂的自动化医疗仪器（图3）．系统设计的平台方法为他们提供了一个单一的软件和硬件学习曲线，将他们的开发时间从一年减少到三个月。
图形化系统设计可以解决自动化测量系统，其中软件平台抽象了I/O、分析、通信和可视化元素，这些元素都是升级或集成仪器功能所需的。例如，德州仪器公司在其自动化测试平台上使用图形系统设计，减少了70%的测试时间，同时将电源管理ic的生产测试的测试覆盖率提高了100%以上。
美国国家仪器公司的Ian Wong也使用图形系统设计展示了世界上第一个在商用现货平台上实现8 × 8多输入多输出(MIMO) LTE-Advanced物理层(PHY)的公共原型，实现了接近1gbit /s的数据速率。硬件平台包括高性能四核Intel i7多核处理器，NI FlexRIO FPGA处理模块与Xilinx Virtex-5 FPGA, NI FlexRIO适配器模块用于基带数模转换和模数转换，以及PXI射频调制器和转换器用于空中传输（图4）．
这个高性能的平台，加上LabVIEW系统设计软件和LabVIEW FPGA模块，帮助NI的一个通信和信号处理算法工程师团队在6个月的时间里完成了一个复杂的LTE-Advanced通信系统的原型。该项目是美国国家仪器公司在通信系统设计方面进行的高级研究的一部分。有关此解决方案的更多信息，请参阅“准备8x8 mimo．”
可重构硬件符合摩尔定律
图形化系统设计是一种可重构的系统设计方法，用于开发需要测量和控制的系统。使用这种方法，工程师可以通过一个平台投资开发，从这个平台可以派生出多个解决方案，以满足广泛的应用程序需求。由于该平台整合了新技术，由此派生的系统可以使用该技术，并获得系统的摩尔定律的性能和成本效益。
Astrofísica de Canarias研究所的科学家们在开发欧洲超大望远镜阵列的执行器定位系统时发现了这一好处。他们希望通过使用可定制的现成平台而不是定制设计来实现最初的性能权衡，但从未实现。事实上，它们在显著减少开发时间的同时超过了性能需求。
平台生态系统驱动创新
工程师可以利用图形系统设计方法来利用其他工程师的工作。基于平台的开发的最大好处之一是知识产权(IP)生态系统和在社区中定期共享的应用程序。在计算和移动设备领域，围绕平台驱动的创新是显而易见的。
PC，Linux，iPhone和Android都是由开发人员，IP和应用程序的巨大生态系统支持。事实上，通过软件和I / O外围设备的PCS生态系统支持的测试行业中的虚拟仪器是如何革命工程师的能力，这是一个示例的一个示例，这是如何在工程师获得明显更高的性能对于特定应用空间，更低的成本更快。
许多工程工具和方法关注于优化设计到实现过程的特定领域，甚至在绘制集成流的图像时也是如此。通常在这些平台上，软件或硬件是主要关注点，整体系统的集成被降低了优先级。工程师可以很容易地选择需要更多专业知识和时间才能得到真正解决方案的工具链。
通过图形系统设计，工程师获得了一个开放，可重构的平台，以高级的方式访问多种技术和工具，以便紧密集成软件和硬件，缩短了设计过程的最耗时的部分。开放平台还生成IP生态系统，因此个人或小组的工程师可以利用多年的发展，而无需投资额外资源。虽然许多工程师已经具有这种方法已经取得了相当大的成功，但是图形系统设计仍然是许多期望获得破坏性竞争优势的可访问机会。
新时代的创新
随着时间的推移，工具、方法和专业知识出现了全新的时代，重要的是要将更改的核心业务和技术需求放在首位，以确保您的投资获得最大的回报。创建图形系统设计是为了帮助您克服开发高度集成的测试、测量和控制系统的日益复杂的任务，使用最新的行业技术和开放标准，而无需在每个领域拥有一个庞大的专门的专家团队。结果通常是更快的上市时间，更容易维护模块化系统，更低的总拥有成本，以及基于市场上可用的最新技术，您的系统的最大可用性能。
查看Niweek 2011主题《图形系统设计》，由美国国家仪器公司产品营销副总裁埃里克·斯塔克洛夫主持www.youtube.com/niglobal p / c / 3 / icPH_olSD0g．
