电子产品的创新设计 - 文章

电子产品的创新设计

作者：Altium 有限公司中国区马熙飞

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“为什么我们的电子产品利润率这么低？”
“为什么我们的产品一上市就会有很多的跟进者？”
“为什么我们精心设计的电子产品，消费者反响一般？”
“为什么那个成功的点子我们也想到过，但是后来给否定掉了呢？”
……

这些问题已经和正在不断地困扰着我们电子企业的领导者、市场人员、研发部经理和研发工程师。正是由于我们的企业缺乏创新的能力，所以才摆脱不了上述问题。随着改革开放和技术引进虽然已经培育出了很多具有很强生产能力的电子企业，而且每年出口占全国出口额的30%还多。但是，运营成本的提升和美元的贬值，都在不断侵蚀着电子企业的利润空间，尤其出口加工为主的企业特别严重。

2008年4月9日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并原则通过《国家知识产权战略纲要》，为中国走向创新国家提供了思路。其中第三条指出，“要鼓励和支持市场主体依法运用知识产权，促进各种创新和发明成果加快转化为现实生产力，造福社会，造福人民。”所以，我们的电子企业只有走向自主创新的轨道，企业才能够持续发展。韩国三星、大宇和LG等企业的发展之路，都非常值得我们借鉴。

所谓电子产品的创新设计，就是深入研究消费者的需求，设计出具有某种独特性质的产品，从而满足特定消费群体的需求。比如，三星公司就是通过深入研究了年轻人的购买心态，所以在持续几年中连续推出了几十款外观新颖、功能独特的手机，从而占领了年轻人为主体的手机中高端市场。他们的全球市场份额在2007年达到了13.7%，为全球第二位。

一、创新设计

创新的方法多种多样，但是前提是一定针对特定的用户群体提供具有某种独特性质的产品。因为只有针对特定的用户群体，您创新的产品才能够占领市场和创造价值；只有具有某种独特性质，您的产品才能够做到与众不同，才能够鹤立鸡群。我这里提供给大家3种创新方法，供大家研究、借鉴和参考。

1．外观创新

电子产品中尤其手机、个人影音产品、家电产品等大众消费品，越来越向着小型化、个性化方向发展，这就是外观创新的具体体现。韩国的三星、LG等电子企业，在他们创新之路的起初主要依靠外观创新即工业外观设计迅速的占领了本国市场，等到了飞速发展。我们也惊喜地看到国内企业，例如TCL推出的女性电脑产品也正是应用了这种创新方法。

Altium公司的新一代EDA工具Altium Designer强力支持这种创新方法。它虽然不能够提供产品的外观设计，但是它提供了良好的线路板3D实时显示功能和输出。提供了与机械三维CAD软件的良好的接口，为电子设计和结构设计之间搭建了良好沟通的桥梁。

Altium Designer支持STEP（STandard for the Exchange of Product）格式的数据。STEP是一种非常强大的机械CAD设计标准，它不仅是一种描述精确的数据格式，而且它也是一种通用的数据转换格式。 Altium Designer 6 具备了元器件STEP模型的导入功能和PCB 3D文件的STEP格式的导出功能。我们可以在设计初期，在计算机平台上实现PCB板与产品外壳的结构验证。这不仅加快了涉及效率，而且消灭了结构配合为设计带来的隐患。

2．软件功能创新

软件功能的创新，就是通过编辑产品的使用界面和附加功能来为我们的目标客户提供易学易用、直观易懂、操作方便的人机界面和满足他们需求的软件功能。这方面的创新我们认为本土企业具有很大的优势，因为我们更了解中国的文化，同时也更了解用户的习惯。

但是，我国大多数的电子产品采用的是芯片厂商解决方案的设计方法，这样的创新很容易受到硬件的限制，和跟随者的快速跟进。

3．硬件功能创新

我国大多数的电子产品采用的是芯片厂商解决方案的设计方法，所以硬件功能创新方面受到了芯片厂商解决方案的限制非常大。然而，产品的某些独特性质必须需要硬件的支持。而且我们国外的竞争对手们，他们有实力和经验作IC设计。所以，他们通过限制解决方案的办法来控制我们的产品品质。有经济实力和技术实力的本土企业可以自己设计IC或者找IC设计公司定制IC的办法来突破这个壁垒，但是IC设计的风险性和时延性使得这种方法不很理想。

近年来FPGA越来越火热，因为它可以帮助我们实现IC定制相同的功能。如果我们把系统设计升级到FPGA平台，那么我们就可以有效突破上述的技术壁垒。FPGA技术作为IC设计的数字验证芯片出现，但是经过20年的发展在容量、性能、功耗和价格上都有了长足的发展。虽然目前它的性价比还不能够支撑普遍应用，但是对于高端产品的应用它完全可以匹敌IC设计。摩尔定律仍然在生效，而且FPGA芯片的竞争将会日益剧烈。Xilinx公司的CTO Ivo Bolsens表示：“我们预计在2010年的时候50万门的价格会在1美元左右。” 而50万门的FPGA已经足够装下时下最流行的32微处理器ARM7的IP Core。电子设计领域的一场变革马上就要发生了，那就是电子产品设计将要转向FPGA的平台。FPGA设计和嵌入式软件设计共同构成了产品的软设计。

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图1：基于FPGA器件平台的电子产品设计

把我们的设计移植到FPGA的平台上的软设计为我们带来什么好处呢？

·软设计可以在设计硬件平台之前进行；
·软设计可以在硬件设计好之后继续进行；
·软设计可以在硬件制造出来之后继续进行；
·产品的核心设计移植到软领域可以有效保护产品的知识产权。

二、Altium Designer 有效支持基于FPGA平台的电子设计

Altium Designer软件是业界首个而且是唯一的统一的电子设计解决方案。它统一了FPGA设计、PCB设计和嵌入式软件设计流程和它们的数据结构。我们的设计团队可以全部使用一个软件实现电子产品的全过程设计。

Altium Designer 提供了高层次的FPGA设计输入方式，传统的硬件工程师、软件工程师和系统工程师都可以用他们熟悉的设计方法快速低实现FPGA设计输入。硬件工程师采用的原理图和HDL语言混合方式实现设计输入；软件工程师和系统工程师采用更高层次的OPENBUS方式实现设计输入。由于使用熟悉和高层次抽象的设计输入方式，原有的工程师只需要简单的培训就可以开始FPGA设计。Altium Designer还提供超过10000个已经验证的IP核，而且提供了第三方IP核的导入工具。

Altium Designer提供了FPGA设计编译、综合、仿真等工具。统一的、图形化的操作界面更加方便设计者的使用，独立于器件厂商的设计方便设计者在各厂家的FPGA器件中找到最合适器件。

Altium Designer 全面集成了使用C或汇编语言嵌入式软件设计和调试环境；嵌入式软件代码的设计和调试功能运用了Altium公司的TASKING工具中——Viper技术。Altium Designer支持包括TSK51x/TSK52x、TSK80x、TSK165x、PowerPC、TSK3000、NiosII、MicroBlaze和ARM在内的从8位到32位总线宽度的软处理器内核和分立式处理器上的代码编辑、编译、汇编、链接、跟踪和优化功能。Viper技术还实现了嵌入式代码在各种32位处理器之间的无缝移植。另外，新的软件架构不仅有效地隔离了应用程序与处理器、外围接口的联系，是的软件代码的移植真正能够实现，而且中间层的软件有Altium Designer软件实现，软件工程师可以把他们的全部精力放在集中体现产品创新设计的应用程序上。

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图2：Altium Designer 的嵌入式软件架构

此外，支持所有32位处理器的C-H编译器，能够帮助软件工程师实现算法的输入便捷性和实现高效性的有机结合。

三、可重构的硬件开发平台和LiveDesign突破传统设计流程

为了方便设计者调试和测试他们的设计，Altium公司还提供了可重构的FPGA开发平台DESKTOP NANOBOARD NB2。在这个平台上由于设计的核心FPGA是以可插拔的FPGA子板形式提供，各种接口板同样是可插拔和可更换的，这为设计者提供了非常大的便利。设计者可以不用再制作目标板，而采用NB2代替他们的目标板来调试和测试他们的设计。

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图3：可重构的FPGA开发平台DESKTOP NANOBOARD NB2

这样传统的顺序、串行设计流程将被突破。由于FPGA的设计是独立于器件厂商芯片的，嵌入式软件设计在各种32位处理器之间无缝移植，再加上可重构的FPGA开发平台，我们新的电子产品设计可以起始于FPGA的设计或者嵌入式软件，而且更重要的是这３个流程可以互相重叠了。由于有统一平台的支持，任何流程的设计更改都可以非常流畅地传递到其他流程。这样可以大大加快我们的设计流程。

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图4：传统的电子产品开发设计流程

由内置于FPGA内部的虚拟仪器和JTAG边界扫描构成的两个信号反馈回路，我们可以在Altium Designer软件中查看FPGA内部和FPGA管脚上的信号，分析设计的正确性。发现问题我们可以及时更改后在重新下载到可重构的FPGA开发平台上做实时调试。Altium称这种实时调试过成为LiveDesign。

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图5：LiveDesign交互式调试流程

小结

市场压力迫使我们必须不断创新才能够生存，FPGA技术的发展为我们提供了在FPGA芯片上实现系统设计的可能。Altium Designer软件不仅提供了高效、灵活的FPGA开发工具和灵活的嵌入式软件开发工具，而且它还把这三个主要流程有机地整合起来构成了统一的电子产品设计平台。Altium Designer软件配合可重构的FPGA开发板NB2，构成了新的电子产品创新设计平台。它将有效地支持您地创新设计，并帮助您成功面对现在和未来5年内遇到的各种电子产品设计挑战。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/29/2008)


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