宋征宇

北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854

1 概述

系統(tǒng)綜合技術(shù)作為傳統(tǒng)航天控制領(lǐng)域一項(xiàng)重要的技術(shù)，已經(jīng)有較長的歷史了。它的出現(xiàn)，是隨著航天器設(shè)計(jì)的日益復(fù)雜化以及分工的日益專業(yè)化而產(chǎn)生的。對一項(xiàng)簡單的設(shè)計(jì)，一個(gè)工程組能夠完成從方案論證到產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的全過程，但航天器的設(shè)計(jì)愈發(fā)復(fù)雜，以控制系統(tǒng)為例，至少包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)兩大類。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅包括控制算法(方案)的設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于火箭是用于發(fā)射服務(wù)的，其使用性必須考慮，因此還包括測試發(fā)射控制功能的設(shè)計(jì)。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)(電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))、軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)(應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì))等。因此系統(tǒng)綜合的重要性逐漸體現(xiàn)出來，它的作用是在深入分析的基礎(chǔ)上，合理劃分各個(gè)組成部分并分配功能，最終將之組成為有機(jī)的整體。

近年來，系統(tǒng)綜合(或者綜合集成技術(shù))作為一種方法論，在解決復(fù)雜巨系統(tǒng)的問題中愈發(fā)受到重視，錢學(xué)森[1]也曾提出了“從定性到定量綜合集成方法”，并指出綜合集成方法會(huì)起到“1+1>2”的效果。這在航天系統(tǒng)早有體會(huì)，也就是為什么有些設(shè)計(jì)單項(xiàng)技術(shù)并不先進(jìn)，但整體性能卻非常優(yōu)異的原因；而綜合不好的情況，則是“1+1<2”，每一項(xiàng)技術(shù)看似先進(jìn)，但系統(tǒng)總是問題不斷。

航天控制系統(tǒng)綜合技術(shù)的發(fā)展并不快，其原因是多方面的。首先傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想影響很深，新型號的設(shè)計(jì)可以很大程度上參照原有的型號，綜合設(shè)計(jì)的結(jié)果在許多人看來是顯而易見的，思路受到了限制，也受到了長期形成的行業(yè)分工的限制。其次綜合集成作為一門系統(tǒng)科學(xué)，其應(yīng)用研究略顯不足，工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)還不夠，在解決實(shí)際問題的指導(dǎo)性上還有待加強(qiáng)。

本文并非是對系統(tǒng)綜合技術(shù)的歸納提煉，只是提出了一種可應(yīng)用在航天控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的技術(shù)，以軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，對其原理、應(yīng)用示例進(jìn)行了闡述，從中也可以看出系統(tǒng)綜合技術(shù)在新形勢下所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 軟硬件協(xié)同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)

將系統(tǒng)綜合技術(shù)與軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，重點(diǎn)是要突出設(shè)計(jì)初始階段的硬件與軟件并行設(shè)計(jì)工作。

常用的系統(tǒng)綜合技術(shù)可以稱之為“參照法”和“組合法”。參照法也就是“繼承法”，即參照原有的型號進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法帶有明顯的歷史痕跡，也正由于此，各個(gè)國家運(yùn)載火箭具體到設(shè)備的組成上，設(shè)備的名稱、功能均各有特點(diǎn)，不完全相同，主要是最初始的設(shè)計(jì)方案因時(shí)、因地、因人而異，并一直延續(xù)至今[2-3]。組合法則是因技術(shù)發(fā)展帶來設(shè)備功能增強(qiáng)，體積、功耗降低，具備了一機(jī)多能的作用，于是可以將多臺設(shè)備組合成一臺。在絕大部分情況下，上述兩種方法應(yīng)用得很好。

這種設(shè)計(jì)的主要問題是沒有將控制方案(算法)的設(shè)計(jì)與其硬件載體緊密關(guān)聯(lián)起來，尤其是在面臨新的控制方案的情況下。當(dāng)在地面PC機(jī)或工作站上完成算法設(shè)計(jì)后，最終需要向性能遠(yuǎn)遜于工作站的目標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，這樣的轉(zhuǎn)化過程存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

1)根據(jù)主頻來選擇可接受的目標(biāo)系統(tǒng)硬件，但主頻不完全對應(yīng)具體算法的處理速度；

2)一旦可得到的最快處理器也無法滿足要求，則宣告該算法不可行，需要重新選擇方案；

3)當(dāng)確需該算法且沒有更快處理器時(shí)，往往會(huì)簡單認(rèn)為幾個(gè)處理器并行速度就能提高幾倍；

4)促使設(shè)計(jì)人員不自覺地從市場上找各種各樣的產(chǎn)品，而沒有考慮自主國產(chǎn)化的要求；

5)只有在硬件樣機(jī)生產(chǎn)出來之后才會(huì)得到驗(yàn)證，由此可以想象一旦返工所帶來的巨大影響。

為避免上述風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)應(yīng)從一開始就選定目標(biāo)系統(tǒng)，并能通過某種方式進(jìn)行驗(yàn)證和反復(fù)迭代調(diào)整。但此時(shí)還未開發(fā)出硬件和軟件產(chǎn)品，這種驗(yàn)證必然是在仿真環(huán)境中進(jìn)行的，即軟硬件協(xié)同仿真環(huán)境。由此聯(lián)想到了電子學(xué)的相關(guān)技術(shù)，因?yàn)槠湓诔笠?guī)模集成電路(尤其是SOC)的設(shè)計(jì)中，所采取的技術(shù)與綜合設(shè)計(jì)的需求是相同的[4-5]。二者均是從頂層緊密圍繞系統(tǒng)需求自上而下的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)前期的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)和優(yōu)化，也強(qiáng)調(diào)充分利用已有的成果和資源以降低風(fēng)險(xiǎn)。

但大系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)畢竟不同于SOC中的芯片系統(tǒng)，在最終實(shí)現(xiàn)上，航天型號要考慮設(shè)計(jì)改進(jìn)、測試、流片、驗(yàn)證、量產(chǎn)等一系列問題，要分析各種生產(chǎn)、制造的實(shí)際情況以及在技術(shù)、進(jìn)度上的風(fēng)險(xiǎn)，并權(quán)衡定型、產(chǎn)品化、長期保障等方面的因素，而這些都是“綜合”的過程。綜合的結(jié)果是選擇“適合的、可靠的、可獲得的”方案，只有最適合的才是最好的，這與SOC“更好(better)、更快(faster)、更便宜(cheaper)”的競爭目標(biāo)是不同的：

1)適合的(suitable)——不追求不必要的高性能

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有句俗語，“更好是好的敵人”，這是對“適合”這一要求最通俗的解釋。在實(shí)際設(shè)計(jì)中會(huì)采用并行技術(shù)解決運(yùn)算慢的問題，如果能夠用多片成熟產(chǎn)品在片外并行解決，就不一定非要集成在片內(nèi)；當(dāng)能夠用各種IP核設(shè)計(jì)出的器件搭建板級產(chǎn)品完成某項(xiàng)功能時(shí)，也不一定要集成在一個(gè)芯片內(nèi)；當(dāng)可以不采用處理器時(shí)，不必選擇帶CPU的復(fù)雜方案；只在沒有其他解決方案的情況下，才有可能為某一項(xiàng)任務(wù)專門研制新的處理器，因?yàn)檫@項(xiàng)工作風(fēng)險(xiǎn)極大。

2)可靠的(reliable)——充分使用已經(jīng)驗(yàn)證的產(chǎn)品和技術(shù)

產(chǎn)品只有多用，才能加速成熟，可靠性才能得到增長。因此要盡可能增加基礎(chǔ)型產(chǎn)品或者是各種可重用的IP資源的通用性，推廣應(yīng)用范圍。要避免小修小改帶來的新問題，例如在不影響功耗和體積重量的情況下，即使用不上的功能也不一定要裁剪掉；確需增加的功能可以集中起來一并處理，等等。

3)可獲得的(obtainable)——從源頭貫徹國產(chǎn)化要求

應(yīng)優(yōu)先選擇能夠自主設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的IP核，確需改進(jìn)時(shí)，生產(chǎn)制造的難度控制在一定范圍內(nèi)，例如可以用多個(gè)芯片組代替的方案不一定用單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)，也不一定都設(shè)計(jì)成SOC(處理器+總線+接口……)，可能就是某種專用模塊，甚至可以用國產(chǎn)化可編程器件來實(shí)現(xiàn)?？傊紤]國內(nèi)的實(shí)際情況，以及經(jīng)費(fèi)、進(jìn)度等要求。

3 系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)平臺及設(shè)計(jì)流程

3.1 設(shè)計(jì)平臺

系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)離不開設(shè)計(jì)平臺，該平臺必須能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員迅速搭建原型并進(jìn)行驗(yàn)證，這也是廣義上的“定量綜合集成”的基礎(chǔ)。在系統(tǒng)建模上，有許多卓有成效的研究，這些研究絕大部分集中在建模語言以及復(fù)雜模型的設(shè)計(jì)，如虛擬樣機(jī)技術(shù)等[6-7]，從控制系統(tǒng)的角度看，它們聚焦在被控對象的建模，包括飛行器的動(dòng)力學(xué)模型，甚至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模型等，但對控制算法自身和硬件的實(shí)現(xiàn)考慮的并不多。本文研究控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在大系統(tǒng)層面的建模更多是考慮子系統(tǒng)或設(shè)備之間控制流與信息流的設(shè)計(jì)，原有的工程經(jīng)驗(yàn)仍然可以借用，通過不斷調(diào)整、反饋，最后達(dá)到最優(yōu)。

系統(tǒng)建模之后針對具體的產(chǎn)品要進(jìn)行軟硬件分工。在電子學(xué)領(lǐng)域關(guān)于如何分工才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)也開展了很多研究，許多用到了智能控制的算法[8]。而在控制領(lǐng)域反倒不需如此復(fù)雜，可以首先選擇一個(gè)方案，如果不行再調(diào)整，因?yàn)榇穗A段調(diào)整成本較低。為了驗(yàn)證算法及其實(shí)現(xiàn)，需選擇某個(gè)處理器IP核，并用原型法設(shè)計(jì)出應(yīng)用軟件，然后集成在一起進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)平臺上，各種算法是在目標(biāo)系統(tǒng)的虛擬環(huán)境中運(yùn)行的，應(yīng)用軟件須編譯成該CPU能夠識別的目標(biāo)碼與處理器模型共同仿真，如果采用了操作系統(tǒng)也須一并編譯。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺包括：仿真環(huán)境，建模語言，處理器的IP核，針對該IP核的交叉編譯系統(tǒng)，以及嵌入式操作系統(tǒng)。圖1是系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺的簡圖。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺的組成

3.2 設(shè)計(jì)流程

有了設(shè)計(jì)平臺，初步劃分了軟硬件的分工，并且編寫了可以仿真的代碼，下面就需要驗(yàn)證。整個(gè)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。如果仿真通過(在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成工作且有一定余量)，則方案基本確定。若覺得某些選型大材小用，可選性能稍低的處理器重復(fù)上述過程。若不能滿足要求，可以采取3種處理措施：

圖2 基于IP核的系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1)選擇更快的處理器，但如果已經(jīng)是可獲取的最快的，那只有改進(jìn)算法或研制更高性能的處理器；

2)多個(gè)處理器并行，在軟硬件仿真平臺上驗(yàn)證并行處理流程與算法，如果飛行軟件能夠便捷地協(xié)調(diào)各工作流程，就找到了最簡潔的解決手段，即片外并行技術(shù)。如果軟件協(xié)調(diào)并行算法太復(fù)雜，就要對原來的處理器模型進(jìn)行改進(jìn)，增加一些適應(yīng)并行處理的功能和指令集，最終將改進(jìn)后的各種核集成一個(gè)芯片。這種情況是有可能發(fā)生的，例如在圖像處理中，多個(gè)IP核之間存在大容量的數(shù)據(jù)存貯交換，片外的處理與片內(nèi)共享內(nèi)存相比，后者的處理速度更快捷。

3)針對瓶頸部分進(jìn)行加速處理，可能是某一局部功能的并行，也可以設(shè)計(jì)專用硬件加速器實(shí)現(xiàn)[9]。硬件加速器的優(yōu)點(diǎn)是首先在不占用主處理器機(jī)時(shí)的情況下提高了速度，其次針對具體應(yīng)用進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，解題效率更高[10]，第三將設(shè)計(jì)領(lǐng)域局限在較小范圍內(nèi)，降低了設(shè)計(jì)難度。

最終選擇何種方案，是一個(gè)“綜合”的過程。

4 應(yīng)用示例

4.1 時(shí)序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示例

考慮設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)序控制系統(tǒng)。它的作用是按照時(shí)間序列的要求發(fā)出一系列指令，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、關(guān)機(jī)以及各艙段分離等功能。以某火箭助推分離時(shí)序?yàn)槔?，其時(shí)序圖如圖3所示。助推器以對稱的方式兩兩關(guān)機(jī)，即助推器1，3一起關(guān)機(jī)，助推器2，4一起關(guān)機(jī)，當(dāng)兩對助推器均關(guān)機(jī)后，相隔0.5s點(diǎn)燃分離火箭(ZF)；再間隔0.1s，引爆分離爆炸螺栓(ZB)。每個(gè)時(shí)序指令在0.3s后清零。

圖3 某型號助推器分離控制時(shí)序

如果按照傳統(tǒng)思維，這樣的設(shè)計(jì)需要定時(shí)器以及GPIO等接口：定時(shí)器用于各種時(shí)間間隔的定時(shí)；GPIO用于輸入信號的采樣，如判斷是否兩對助推器主系統(tǒng)均已關(guān)機(jī)；也用于信號的輸出，如發(fā)出各種執(zhí)行指令。用一個(gè)處理器并開發(fā)相應(yīng)的軟件應(yīng)能很容易地實(shí)現(xiàn)，至此我們已在潛意識中規(guī)劃出了硬件與軟件的分工。事實(shí)上許多型號也是這么做的，最簡單的設(shè)計(jì)也需要一個(gè)8031處理器。

如果我們首先進(jìn)行系統(tǒng)建模，例如，直接用C語言建模，其代碼如表1左列所示。

表1 C語言及Verilog實(shí)現(xiàn)的時(shí)序控制

分析該代碼可以發(fā)現(xiàn)，這類應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：

1)沒有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，以邏輯運(yùn)算為主；

2)輸入/輸出的接口控制都可以等效為存貯單元的讀寫操作；

3)沒有復(fù)雜的中斷系統(tǒng)以及多任務(wù)需求，對事件的驅(qū)動(dòng)以查詢或定時(shí)為主；

4)數(shù)據(jù)量相對較少且固定。

這種特性也可以直接用硬件描述語言來建模，如表1右列所示。當(dāng)然建完模型也就意味著可直接用可編程器件實(shí)現(xiàn)，不必選擇CPU、編程語言、編譯器，當(dāng)然它至少需要幾個(gè)定時(shí)器的IP庫。

這種設(shè)計(jì)并非只適應(yīng)簡單的應(yīng)用。對復(fù)雜的系統(tǒng)，可以用多片這樣的硬件來完成控制功能，由于這些被控對象之間的相關(guān)性不大，全部用硬件實(shí)現(xiàn)具有并發(fā)處理的優(yōu)點(diǎn)，而軟件處理本質(zhì)上是串行的，它反倒不符合真實(shí)世界的物理特性。

4.2 一種閉環(huán)制導(dǎo)控制方法的示例

考慮一種閉環(huán)制導(dǎo)方案的直接法求解[11]。在某種約束條件下，火箭的位置和速度有如下表達(dá)式

x(τ)=Φ(τ)x0+Γ(τ)I(τ)，

(1)

(2)

按照這種理論，火箭在剩余飛行時(shí)間內(nèi)的位置、速度均可以通過當(dāng)前的位置、速度和當(dāng)前時(shí)刻的推力方向計(jì)算得到，由此也可以計(jì)算出入軌參數(shù)。為進(jìn)一步簡化描述，將上述問題等效為如下的數(shù)學(xué)問題：

已知7個(gè)控制變量*指六維的協(xié)態(tài)向量和剩余飛行時(shí)間，其中協(xié)態(tài)向量中的P分量與推力方向矢量ib方向相同。X及其初值X0=(x10x20x30x40x50x60x70)T，經(jīng)過公式(1)的運(yùn)算可以得到7個(gè)目標(biāo)參數(shù)*如5個(gè)軌道根數(shù)和俯仰、偏航2個(gè)姿態(tài)角。Y：Y0=(y10y20y30y40y50y60y70)T，并且可以計(jì)算出Y0與要求值Ys的偏差ΔY。我們的任務(wù)是調(diào)整X0使得ΔY趨于最小或滿足一定門限要求。

由于從推力方向計(jì)算出速度和位置需要進(jìn)行積分運(yùn)算，因此上述問題的求解具有非線性以及時(shí)變的特性。這類問題在地面求解有許多研究成果，包括工業(yè)控制領(lǐng)域的廣義預(yù)測控制[12]等技術(shù)都可以參考，一些智能控制方法已經(jīng)能夠解決經(jīng)典控制方法難以處理的高維時(shí)變微分方程的求解。但在箭上嵌入式計(jì)算機(jī)的硬件條件下，這些方法幾乎是不可用的。我們得出這一結(jié)論的理由是用了最直觀的主頻對比原則：如果地面計(jì)算每個(gè)周期耗時(shí)超過了飛行控制周期，那么在箭上性能更低的處理器上耗時(shí)會(huì)更大以致不能滿足實(shí)時(shí)控制的要求，這也是直接法一直難以在閉路制導(dǎo)飛行實(shí)時(shí)解算中應(yīng)用的主要原因。但若采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，未來解決該問題并非不可能。

針對上文提出的問題，可以首先考慮采用“閉路攝動(dòng)制導(dǎo)”方法，即在飛行中實(shí)時(shí)求解目標(biāo)參數(shù)對控制變量的一階偏導(dǎo)數(shù)，然后根據(jù)下式計(jì)算修正量

(3)

以X0+ΔX重復(fù)公式(1)的計(jì)算過程，并再次確認(rèn)目標(biāo)參數(shù)Y0(X0+ΔX)與要求值Ys是否在誤差范圍內(nèi)；如果在則認(rèn)為本次計(jì)算收斂，由X0+ΔX確定本控制周期推力方向，實(shí)際就是調(diào)整了飛行程序角；如果不滿足誤差要求，則需要重新迭代計(jì)算。

偏導(dǎo)數(shù)求解采用數(shù)值法，以x1為例，即以(x10+Δx1x20x30x40x50x60x70)T代入公式(1)，得到：(y10+Δy1y20+Δy2y30+Δy3y40+Δy4y50+Δy5y60+Δy6y70+Δy7)T，

要算出對7個(gè)控制變量的偏導(dǎo)數(shù)，就要進(jìn)行上述7次完整的計(jì)算。因此公式(1)要計(jì)算9次，在得到49個(gè)偏導(dǎo)數(shù)后按照公式(3)矩陣求逆。如果硬件與軟件沒有協(xié)同設(shè)計(jì)，算法設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)在地面計(jì)算機(jī)上的計(jì)算量對目標(biāo)系統(tǒng)提出計(jì)算速度的要求，這些運(yùn)算串行完成。但在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中，我們會(huì)自然地分析出前8次公式(1)的運(yùn)算并沒有相關(guān)性，只有第9次運(yùn)算需要矩陣求逆后的運(yùn)算結(jié)果，因此可以考慮并行處理。2種處理方法的不同如圖4所示。

并行能加快計(jì)算速度，下一步將對并行方案進(jìn)一步細(xì)化。假設(shè)用的處理器只有80486(80386+80387)，則有如下3種方案：

方案1采用8個(gè)處理器并行，顯然9個(gè)486的設(shè)計(jì)非常耗費(fèi)資源。80486實(shí)際上是由IU(80386)和FPU(80387)組成的，在本例中，IU并非需要并行，只是數(shù)學(xué)運(yùn)算相關(guān)的處理需要加速，如果有可靠的FPU，如80387，則可以僅將FPU進(jìn)行并行處理，這就是方案2的設(shè)計(jì)。與方案1相比，這種設(shè)計(jì)已經(jīng)大大節(jié)省資源。

圖4 處理流程

圖5 并行處理方案

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，主要的運(yùn)算都是矩陣運(yùn)算(6*6矩陣與向量乘、7*7矩陣的求逆等)，而浮點(diǎn)處理器(如80387)在矩陣運(yùn)算方面并沒有優(yōu)勢，并且許多浮點(diǎn)運(yùn)算功能在本項(xiàng)目中并不需要，此時(shí)如果有成熟的矢量運(yùn)算器可以選擇，通過特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，可以加速矩陣的運(yùn)算，這就是方案3。此外，本示例中各個(gè)運(yùn)算器之間的數(shù)據(jù)交互量很少，因此采用片外并行也是可取的，即單獨(dú)設(shè)計(jì)矢量運(yùn)算器，沒有必要將之集成到486中。

以上假設(shè)方程的求解可以用一階偏導(dǎo)數(shù)，但實(shí)際應(yīng)用中這種方法不具有對各種干擾和限制條件的普適性，因此往往要采用多種優(yōu)化算法。在上述分析中，由于偏導(dǎo)數(shù)的求解導(dǎo)致積分運(yùn)算重復(fù)了好多遍，因此考慮了并行處理。對其他算法而言，不同控制變量組合下的積分運(yùn)算也要進(jìn)行很多次，在同等時(shí)間內(nèi)參數(shù)調(diào)整的頻度越多，選擇的子樣越大，找到最優(yōu)解的速度也越快，因此并行處理的思路對其他算法同樣是有益的，甚至需要的運(yùn)算器更多，上述示例有其示范性。

5 小結(jié)

基于軟硬件協(xié)同仿真的系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)，借鑒了SOC相關(guān)概念和技術(shù)，它需要成熟的IP核作為基礎(chǔ)，尤其是處理器的IP核，這可以使我們直接選擇目標(biāo)系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)，也自然地將國產(chǎn)化要求融入到設(shè)計(jì)中，這是這種設(shè)計(jì)方法最大的特點(diǎn)。從2個(gè)應(yīng)用示例也可以看出，系統(tǒng)綜合的結(jié)果是考慮各種約束條件下整體最優(yōu)、且最適合當(dāng)前技術(shù)水平和生產(chǎn)能力的方案，是較為可靠和現(xiàn)實(shí)可行的方案。當(dāng)然，軟硬件協(xié)同仿真的效率目前還不是很高，在某次工程實(shí)踐中，1s運(yùn)算量的仿真需要一整天即24h的時(shí)間。但我們有理由相信，未來仿真技術(shù)的發(fā)展會(huì)進(jìn)一步提高速度，而且1s的時(shí)間對確定方案也是基本夠了，畢竟1s已是幾十甚至幾百個(gè)控制周期的時(shí)間了，足夠用來仿真和評價(jià)可能最耗時(shí)的運(yùn)算周期。

本文重點(diǎn)討論了控制系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)及其硬件實(shí)現(xiàn)，與電子學(xué)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)以及仿真中的虛擬樣機(jī)技術(shù)等不盡相同。從分析中可以看到，它縮短了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)之間的研制鏈條，使得上下游結(jié)合更加緊密，也是大幅提升系統(tǒng)性能的有效手段。但無論從建模以及軟硬件功能調(diào)整、驗(yàn)證等工作看，均對系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)提出了很高的要求，這可能成為限制該技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。

[1] 于景元.錢學(xué)森現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系與綜合集成方法論[J].中國工程科學(xué).2001,11：10-18.

[2] 徐延萬.地地戰(zhàn)略導(dǎo)彈與空間運(yùn)載器控制系統(tǒng)的發(fā)展展望[J].航天控制.1986,3.

[3] J.C.Simmons, B.M.Hall,林平，虞秀玉.德爾它運(yùn)載器數(shù)字控制系統(tǒng)的研制[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù).1980,8.

[4] 蔣彭龍,宋征宇.AMBA總線技術(shù)在片上系統(tǒng)(SOC)集成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].航天控制.2006,24(3)：57-60.

[5] Michael Keating, Pierre Bricaud. "Reuse Methodology Mannual for System-on-A-Chip Designs"[M]. 3rdEdition. USA.Kluwer Academic Publishers.2002.

[6] 熊光楞,李伯虎,柴旭東.虛擬樣機(jī)技術(shù)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2001,1：114-117.

[7] 胡清華,鄧四二,滕弘飛.虛擬樣機(jī)若干關(guān)鍵支撐技術(shù)研究進(jìn)展[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2008,11：6186-6189

[8] 丁巖松,闞振舉,徐學(xué)航.基于SoC的嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)[J].控制工程.2009，3.

[9] 劉亮亮,宋征宇.基于AMBA總線的SOC硬件加速器的研究[J].航天控制.2009,27(1)：61-66.

[10] 宋征宇,劉亮亮.基于硬解題的PLC設(shè)計(jì)及其在測發(fā)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].航天控制.2012,30(5)：78-82.

[11] 宋征宇.從準(zhǔn)確、精確到精益求精——載人航天推動(dòng)運(yùn)載火箭制導(dǎo)方法的發(fā)展[J].航天控制.2013,31(1)：4-10.

[12] 胡耀華,賈欣樂.廣義預(yù)測控制綜述[J].信息與控制.2000,3.