技术资讯 | 系统建模与抽象层次：从模块到物理实现

耀创深圳

如果您是一位电子产品设计师，并且对软件开发有所了解，或许已经感受到了新产品技术发展的迅猛态势。在工业、商业和消费领域等各个领域的新产品，都开始使用嵌入式系统。这些产品不仅采用先进的 PCB 设计，还需搭配定制软件。要让这些新产品成功上市，应采用怎样的最佳开发流程呢？

硬件设计师正在借鉴软件开发团队的经验，在开发初期实施系统级设计。了解系统建模和抽象层次在硬件和软件设计中的作用，不仅可以促进跨职能开发团队的沟通，还能帮助团队高效协作，打造更具竞争力的产品，并严格遵守开发时间表。


为什么要使用系统级建模和设计？

随着时间的推移，新设计和产品日趋复杂，开发工作量也大幅增加。如今，越来越多的产品已发展为嵌入式系统，需要硬件和软件同时开发，才能满足严苛的设计时间要求。设计复用和验证方法可以帮助产品开发团队严格执行开发进度计划，将成本控制在预算范围内。

这时就可以体现系统级建模的价值。所谓“设计复用”，并非将现有的 IC 或 PCB 直接重新设计为新产品，而是将旧设计中的现有功能模块集成至分层原理图中，基于成熟的硬件模块构建新系统。

通过复用现有硬件模块，设计团队可以采用模块化设计方法，重点关注电子功能的开发。就 PCB 设计而言，只要各功能模块之间的电气连接经过严格定义并实现标准化，每个模块均可归入其自己的原理图。这虽然增加了前期的工作量，但从长远来看，有助于优化产品设计流程，尤其适用于经常使用多个模块的情况。


了解系统建模和抽象层次

确定新产品的设计要求并构建其功能模块图，是使用系统建模和抽象层次开发电子产品的核心所在。要实施系统级设计流程并成功推进 PCB layout，首要任务是确定新产品的功能需求。这为新产品开发奠定了基础，有助构建功能模块图，直观呈现系统功能。


电子产品开发中设计抽象层次的演进

作为系统级设计和建模的一部分，在设计复用时，应重点关注器件采购。如果计划在新系统中复用旧功能模块，则务必确认该模块中的器件是否在市场上稳定供应，并确认这些所需器件是否会停产，否则将影响新产品的持续生产。

如果采用模块化方法设计每个功能模块的原理图，则可以将它们以分层的方式链接在一起，确保系统能够充分体现模块图中定义的预期功能。在 PCB layout 中捕获原理图、排列器件并为电路板布线后，便可进行最终的设计验证步骤，包括布线后仿真、批量设计规则检查和 DFM 检查。


正确的器件有助于系统建模：SoM 和 SoC

随着 5G/电信、汽车、航空航天乃至光子学领域中的系统日趋复杂，零部件市场做出了积极响应，提供系统级模块（SoM）和系统级芯片（SoC）器件。这些 ASIC 将大量功能集成至单个器件中，加速了系统建模和抽象层次的过渡，因为这些器件的功能和接口经过严格定义，可以轻松集成至针对特定应用的新产品中。


SoC 通过系统建模和抽象层次加速设计进程

在设计期间，除了在更高的抽象层次上处理和定义复杂功能外，SoC 和 SoM 还为版图设计工程师带来了更多优势。这些器件将多种功能集成至单一器件中，不仅减少了器件总数，还降低了电路板的空间需求。这些模块化器件也经过严格测试和认证，确保在您的 layout 中正常运行。

在硬件开发过程中，贯穿设计、系统建模和抽象层次可能充满挑战。但借助适当的 PCB 设计和分析软件包，您的团队能够有序协作，快速复用和验证设计模块，并根据需要对设计模块进行仿真。allegro X PCB Designer 和 Cadence 的全套分析工具让您轻松实现各种设计流程，包括系统级设计。

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原文由Cadence楷登PCB及封装资源中心整理撰写。
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