致电子工程师：抛弃细枝末节，专注原型创意 - 电工杂谈 -

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市场中很多凭借绝妙创意而大获成功的电子产品或设备。独特创意的核心是最终能够使一款设备从其他设备中脱颖而出、在某种情况下甚至可定义一种全新的产品类型。

当然，在市场中定义产品独特性的因素还有很多，例如低成本、率先上市或者更优异的性能等。但是，随着同类设计方案迎头赶上，这种独特性很快就会消失殆尽。仅靠日后逐步改进表现得更出色的小器件，无论当下可提供何种优势，也会很快被其它改进得更好的同类竞争产品所超越。

真正成功的诀窍是抢先开发出独特的器件创意与概念，并将其转变成可为用户实现理想体验的功能器件。为实现这一目的，我们需要站在用户的角度上设身处地地探究一款全新产品是如何实现互动性与功能性的。

毫无疑问，在着手进行产品原型设计之前我们需要开发出创意原型。

<strong>抓住灵感</strong>


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2010-4-22 12:43:21 上传
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这样，您可获得一个绝妙的创意。在进行创造性电子产品设计时，您的头脑中出现了一个概念：这个概念有可能突破现有产品的局限性并勾画出其应用方式，从而重新定义某一市场领域。

身为设计师的您或您的团队在长期的磨砺中掌握了将上述创意转变为现实的技能，按照正常流程，接下来就得着手开发支持设计规范中所定义的概念的硬件与软件（通常是照此顺序）。但这样一来，当您开始创建硬件原型时，还没有从用户角度充实自己的创意。

为了真正探索与发掘用户对您的最新概念的体验，第一步是要改变您对设计中工程细节过度关注的习惯。

因此，先不要考虑可使您的设计实现预期正常功能所需要的处理器、外设以及软件程序。相反，您应该将注意力集中到广泛的用户体验上来完成原型设计，这样您便可以探索可行选项，获得他人的反馈意见，并了解其如何与外界互动。您需要验证自己的创意是否现实可行。

<strong>共感机制</strong>

假设您所构思的器件具有一系列连接用户及外部系统的常见 I/O 外设， 包括一个 LCD 屏幕（可能是一个触摸屏）、数个控制与按钮、几个 LED 指示灯以及一些 I/O 连接等。

为了测试和探索这些 I/O 器件如何将您的创意传达给用户，您需要创建基本的功能性智能来驱动这些器件。此时的正常步骤是开发实现上述目的所需要的软件与硬件，然后再根据不同用户界面行为不断调整与改变相关结构。

不过，您很快就会返回到硬件逻辑、外设驱动器以及软件程序的详细设计层面。您对用户体验进行全面、高度关注会丧失殆尽，于是再次回到产品原型设计的老路，而灵光乍现的创意已经鸟无影踪。

在某种程度上，FPGA 可解决上述难题。借助 FPGA，每次重要设计迭代不再需要创建全新的物理硬件，因而可以提供一条更加轻松地探索设计选项和替代方案的可行之路。只需改变嵌入式硬件设计，然后以真正烧录与学习 (burn & learn) 的方式将修改过的版本加载到 FPGA 即可。但是采用传统 HDL 输入方法修改设计会使您再次陷入扼杀创意而过分关注细枝末节的艰涩编码环境中。


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图 2：FPGA 主机平台数字 I/O 仪器。

不过，还有另一个方法。对于这种探索性设计，此前未曾使用过的一种方法是采用 FPGA 嵌入式虚拟测试仪器，例如由 DelphiScript 等高级脚本语言驱动的多位宽 I/O 仪器块。这些智能 IP 为创建、控制以及调节设计中用户互动提供了一种潜在的便捷方法。

<strong>智能仪器</strong>


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图 3：NanoBoard 3000：智能、互连与多功能。

虚拟仪器建立在预配置软硬件 IP 块的基础之上，可帮助您主动监控和控制 FPGA 设计中正在运行的内部结构。用户创建的脚本可用来控制仪器，从而可使一定水平的“智能性”能够控制设计中所连接的任何 I/O 信号。

在这种基本层面，我们可轻松配置嵌入式 I/O 仪器并为其编写脚本，以用于感测开关、切换 LED 和激活 I/O 端口等。只有将创意应用到包含各种实用外设并具备改进与扩展这些外设能力的智能 FPGA 硬件开发平台，创意才能切实可用。

如果这种硬件开发系统还能够通过基于 USB 的 JTAG 链路与基于 PC 的设计软件进行高级通信，并且软件包含适用于电路板外设的随时可用型 IP，那么事情就会变得更加有趣。基于 FPGA 的 IP 块和仪器控制器采用基于原理图或图标的高级设计采集系统，可连接到一起快速创建完整的功能 I/O 系统，最终通过简单而强大的脚本进行控制。

对上述方法的一项有价值的补充是‘定制’虚拟仪器。该仪器可提供用于创建综合图形界面的空白背景，其在 PC 上显示为一个仪表盘。通过从各种选项中拖拉和配置数字读出、滑块控件、按钮以及标签等用户界面对象，我们可以迅速创建定制 GUI 面板。在内部脚本控制下，可以为面板上的每个元素分配一个 I/O 信号与行为。

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2010-4-22 12:43:20 上传
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图 4：探索创意的快捷方法

您可以选择采用一个开发板脚本界面将整个系统集成在一起，在此您可利用该界面创建一个“主”脚本，以便进一步控制整个过程。这样将有助于您将重要嵌入式仪器的功能融为一体，从而创建更加高级的界面系统，而与此同时仍然可以采用相对简单易用的调试脚本。

尽管还不那么显而易见，但下面要讲的正是关键所在。利用这种方法测试并探索概念与创意，我们无需再进行详细的设计。无需再开发低级硬件、无需编写详细的软件代码，我们即可拥有一个具有设计典型智能的功能系统——就像是从用户的角度实现了您的创意。

<strong>专注于创意探索</strong>

最终结果是我们可以在短时间内测试、探索和调试该创意以及用户体验该创意的方式。基本创意的软件组件可以通过您编写的脚本中所包含的智能性得以表现，而采用高级设计采集系统将少数 IP 块连接起来即可创建出响应功能性智能的外部硬件。

上述设计方法的真正重要优势是在整个设计过程中消除了细节设计的干扰。创意能够得到充分发挥，用户互动与体验能够经过测试， 还可以开发探索其他替代概念，实现这一切可能只需要几分钟，并且无需真实硬件支持。

在设计电子产品时您实际创造的东西最终表现为用户体验。产品成功的关键是将您作为一名设计师所闪现出来的创意完全转变为用户体验，而本文阐述的方法可有效帮助您摆脱陷入细枝末节的低级设计。

到开始细节设计的时候，您已经明确了自己的设计方向，而且拥有大部分概念性的硬件框架。这些框架也可通过快捷的高级方法得以实现——不过这就不是本文所要讨论的内容了。

来源：Altium公司