基于模型设计第一帖

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基于模型设计第一帖 [复制链接]

 上次我在申请MP430的帖子里写了关于基于模型设计的概念：

 下面我先推荐一篇文章，给大家一个基本概论：什么是基于模型设计.

这篇文章是我转的ilovematlab论坛创始人的一篇文章，是个加拿大华裔，文章如下：

     

我建议理工生多看基于模型设计的书籍，追回失去的十年

由于是论坛的创始人，我本人很少替某本书籍背书、因为毕竟100个人对同1本书籍，可能有100种看法！

但是，根据国内很多著名的财经节目（几乎国内所有的财经节目我都认真看），中国加工业的利润只占产品定价的0.5-3%；还有我个人的公司访问经验，我推荐理工科的学生、未来的工程师、设计师们能多看一些基于模型设计的书籍！

我们一直鼓励大家多学习基于模型设计，因为这不仅有助你找到合适的工作岗位(众多公司委托我们招聘这方面的毕业生)，更能改变中国处于整个产业链最末端的现状！

我本人跟作者李杰教授并不熟悉，只是在QQ上交谈过几次，交换了国内外对于基于模型设计的一些发展！

我非常欣赏刘教授能静下心，读了10万多页的外文参考文献，并且不遗余力地推广基于模型设计的技术！
诚然，个人对刘教授的某些观点不敢苟同（国内还是有几本不错的书籍）；但是因为我跟李教授有一个共同点，就是看到了中国在基于模型设计方面的落后！高校在这方面投入更是少的可怜...很多企业看到这方面的优势，却苦于找不到合适的人才等。

   我下面引用刘教授的部分统计数据：

" 因为目前一台中高档汽车的软件控制代码就超过了500万行、F-35的控制软件更是高达1500万行，一艘航母绝对超过一亿行控制代码，大家想想您自己的编程经历，就是让您写100行软件代码，如果您不山寨别人的，也许几个月都搞不定，如果让您写10000行代码，呵呵，或许是500万，可能几万人N年都搞不定，那还谈什么科技创新啊，所以现在中国山寨大爆发，也许这也是一个重要原因！！！！”
     
对此我有很深的体会，当我知道飞利浦使用非环绕音箱实现环绕效果只用了1-2天时间，摩托罗拉、三星设计手机软件很多年前就开始基于模型设计、通用卡车、美国航天航空飞机等都是使用基于模型设计，而我们国内很多企业还是停留在几十上百个程序员、设计师埋头写程序的时候，Matlab中文论坛有责任与大家一起共勉，共同把中国的基于模型设计的技术能力提高到一个新的台阶。国外10多年前，基于模型设计就开始普及，我们需要奋起直追。未来的工程师们，请认清楚当今技术的主流，落后10年并不可怕，但是不能停止不前！

我们非常有信心刘教授能把基于模型设计的技术在中国普及，想象一下，现在还有多少人能静下心来，看10万页的参考文献？ 刘教授做到了...
      
             未完待续~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
         

drjloveyou

呵呵，以前看到过

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这篇文章11月10号才发布的，请问以前是什么时候看到过的？？？？？

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第一、简介
在目前的市场上，已经很难找到一款不带有嵌入式控制器件的电子、机电产品了，含有嵌入式系统的产品已深入到了我们工作、生活的方方面面。同时，人们对于产品的安全性、实时性、可操作性、特定功能等的要求也越来越高，这就大大增加了嵌入式系统的复杂性和开发难度。
为了在日趋激烈的市场竞争中占据有利地位，开发出高质量的产品，传统的项目开发方法已很难满足这些需求。这是因为，传统项目开发的方法一般分为四个步骤：
① 需求分析与技术规范阶段：一般用纸质文档或电子word文档写成，系统工程师团队以此进行概念和算法研究，评估技术规范的可行性。对于厚厚的技术文档，每个系统工程师对需求和技术规范的理解难免存在偏差。NASA的研究报告指出：“在需求分析阶段产生的错误占整个开发错误的50%以上”，这给后期的项目开发带来了诸多隐患。
② 设计阶段：硬件开发工程师团队根据系统工程师的评估报告，设计制作原型样机（如汽车、航空航天器、电路板等），项目的前期投入巨大、开发周期长，并且不能保证所制作的原型样机一定能满足技术规范要求的技术指标。
③ 实现阶段：软件开发工程师团队根据需求与技术规范，在原型样机上，手工编写C代码或汇编代码，实现技术规范所要求的技术指标。这一阶段需要精通软件的编程人员，花费大量时间编制程序、查错、调试、验证。这明显增加了工作量，延长了研制周期。此外，手工编制的代码良莠不齐，降低了软件运行的可靠度，增加了代码错误的可能性，给新产品上市带来风险。
④ 测试与验证阶段：原型样机制造完成后，才能对产品进行测试与验证，只要上述任何一个过程出现偏差都会导致产品开发的失败，这也是传统项目开发最大的弊病。因此，传统的项目开发方法难免重复多次才能成功，开发风险巨大。

为了解决这些问题，工程师必须找到一种以更快速度、更有效率的开发产品的方法。基于模型的设计就是解决该问题的一种选择。它始于20世纪90年代初的汽车制造和航空航天工业。这些行业需要使用大量的微处理器单元，因此工程师们最先发现了采用建模与仿真的方法来开发嵌入式系统的巨大优势。到了90年代中期，控制算法仿真技术的发展催生了自动代码生成技术。模型仿真和自动代码生成技术在这些行业得到了成功应用，人们清楚地认识到了它在嵌入式系统开发中的经济和高效。这样，基于模型的设计为工程师们提供了一种通用的开发与测试平台，使具有不同工程背景的工程师之间建立起更好的联系，使开发高集成度的复杂系统成为可能。
目前国际上流行的基于模型设计的软件主要有SCADE和MATLAB，它们都成功的应用于大型项目的开发上，例如，欧洲的空客380、美国的GM混合动力车、诺-马公司的联合攻击机等项目。由于MATLAB已经成为一种近乎完美的高度集成化的开放式开发平台，在科学计算与建模方面处于不可替代的领先地位，加之拥有国内众多的用户，因此，本书选用MATLAB软件为例来讲述基于模型设计的方法。
Mathworks公司的Simulink / Stateflow / Embedded MATLAB等工具使得工程师可以在一个可视化的交互开发测试平台上，进行基于模型的设计，工程师还可以利用直观的模块图对系统模型和子系统设计进行可视化处理。
基于模型的设计对应传统的设计方法同样分为四个步骤：
① 可执行、可跟踪的技术规范
在基于模型的设计方法中，系统工程师首先要建立一个系统模型，即通过数学模型来精确、无歧义地描述用户的需求，创建一个可执行、可跟踪的技术规范。工程师可以通过这个系统模型，动态地确认系统性能。
这相对于传统的纸质和电子word文档描述的需求与技术规范有明显的优势。它使得开发团队中的每个成员都能够无歧义地理解并运行该模型，从而可以更加专注于开发主要模型的各个部分，不会因理解的不同造成需求的丢失、冗余或冲突。
② 生成定点模型
系统模型与需求之间可建立双向链接，在整个开发过程中，软件工程师可以对模型进行需求追踪和测试，将产品的缺点暴露在产品开发的初期。根据具体的嵌入式器件和实现条件，对系统模型进行细化与功能重分区，此后重新进行系统测试、设计测试和模型助手测试，验证是否满足需求与技术规范，判断是否还存在缺失的需求，验证是否符合特殊的行业标准（如DO-178B、IEC-61508、MAAB等）。之后再对模型作定点转换，形成简洁、高效的定点模型。
③ 嵌入式代码的自动生成
Mathworks公司的Real-Time Workshop® Embedded Coder™可以将Simulink / Stateflow中的模型自动转换为嵌入式C代码，大大降低嵌入式系统的开发门槛，毕竟不是每个工程师都是编写代码的高手。开发人员可以在Simulink / Stateflow、Embedded MATLAB中建立系统模型、构思解决方案，然后使用RTW-EC自动生成优化的、可移植的、自定义的产品级C代码，并根据特定的目标配置，自动生成嵌入式系统实时应用程序。这就缩短了开发周期，同时避免了人为引入的错误。
④ 连续的测试和验证
基于模型的设计在整个设计过程中都在不断地进行测试和验证，工程师利用测试用例追踪系统级模型和需求，检测设计变更导致的系统输出变化，并快速追踪到变更的来源，通过测试用例还能够了解系统模型的功能覆盖度。
对于嵌入式系统，还需测试其实时性。工程师可以使用硬件在环测试，检测嵌入式代码的实时性。通过测试，收集实时数据、修改代码参数。硬件在环检测能确保在开发早期就完成嵌入式软件的测试。在系统整合时，嵌入式软件测试就可以比传统方法检测得更彻底、更全面，这样可以及早地发现问题，大大降低了解决问题的成本。

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刘教授的书我找到了：刚开始看，还不太懂：
  第一章主要包括：MATLAB部分新功能、基于cell的M-code快速编写、M-Lint实时代码验证器的使用、基于R2010a的Embedded MATLAB编程规范等；
第二章主要包括：Simulink建模与调试、创建模型测试用例、模型的验证与覆盖度分析、基于采样与基于帧的信号分析等；
第三章主要包括：Stateflow建模与调试、简单的应用实例等；
第四章设备驱动模块的创建，主要包括：编写S-function（C MEX S-function、level-2 M S-funcion）、生成S-function builder用户模块、编写Embedded MATLAB模块、利用代码继承工具集成现存C代码到Simulink模型的方法、编写TLC文件等。
第五章为第二部分，介绍了CCS 3.3集成开发环境的使用、讨论了嵌入式代码的快速生成、MATLAB与CCS的交互式开发、8051单片机、ARM7等的嵌入式代码快速生成，传统滤波器设计与基于模型设计的比较等。
第六章为第三部分，包括：传统项目开发方法与基于模型设计的比较；DO-178b航空电子规范的简介、符合DO-178b规范的基于模型设计工作流程；需求与模型间的双向跟踪、模型的系统测试与验证、模型的设计测试、模型覆盖度分析；浮点模型到定点模型的转换；代码的自动生成；生成代码的验证；模型与生成代码的双向跟踪；代码的实时性分析；硬件在环测试等。

zhangny

我也看了，可能是matlab的基础不好，看得不是很明白，不过，看matlab设置，支持cortex核的ARM
看起来，很有前途！！

ebuffalo

到底是什么书？

jafck

丁义农的书籍重复性太大，在书店他的书我都粗略看了下。也是东拼西凑的东西，没有一个系统性的教学。

MATLAB的东西还是需要一定的数学基础，没有学过《数字信号处理》理解这个东西挺难。

举出的例子也不够深刻。比如信号滤波。S反馈函数的数学公式好多论文都给出，但是如何把这个反馈公式

在SIMULINK中表达出来呢？ 这些书籍并没有说清楚。

dragoncs1024

可以将那篇文章地址发给我吗？“建议理工生看基于模型的”文章

fxw451

这个在matlab论坛里看到过，很火，教授也很厉害！

lzjsxd

这方面的视频教材我前两天在网上买到过.三兄弟嵌入式的.一步一步就能成功!

e87a235

lzjsxd 发表于 2013-11-20 18:57
这方面的视频教材我前两天在网上买到过.三兄弟嵌入式的.一步一步就能成功!

SXD嵌入式的那个视频教材没有找到，并且联系卖家也没有回应。