Altair Embed (VisSim) ซอฟต์แวร์จำลองระบบไดนามิกและการออกแบบระบบฝังตัว

Altair Embed (เดิมชื่อ VisSim) เป็นโปรแกรมจำลองระบบไดนามิก (Dynamical Systems) และเครื่องมือสำหรับการออกแบบระบบฝังตัว (Embedded Systems) โดยใช้การเขียนโปรแกรมแบบแผนภาพบล็อก (Visual Block Diagram) ซึ่งช่วยให้นักวิศวกรสามารถสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และทดสอบการทำงานได้ในรูปแบบกราฟิกก่อนที่จะนำไปใช้งานจริงในฮาร์ดแวร์

ซอฟต์แวร์นี้พัฒนาโดยบริษัท Visual Solutions จากเมืองเวสต์ฟอร์ด รัฐแมสซาชูเซตส์ และต่อมาถูกซื้อกิจการโดยบริษัท Altair ในเดือนสิงหาคม ปี 2014 ซึ่งส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น Altair Embed เพื่อให้เป็นส่วนหนึ่งของชุดเครื่องมือการพัฒนาแบบจำลอง (Model Based Development Suite) ของ Altair

หลักการทำงานและคุณลักษณะเด่น

Altair Embed ใช้กระบวนทัศน์การไหลของข้อมูลแบบกราฟิก (Graphical Data Flow Paradigm) ในการสร้างระบบไดนามิก ซึ่งมีพื้นฐานมาจากสมการเชิงอนุพันธ์ (Differential Equations) ผู้ใช้สามารถสร้างแบบจำลองได้โดยการลากบล็อกฟังก์ชันต่างๆ มาวางในพื้นที่ทำงานและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันด้วยเส้นสัญญาณ

การจำลองสถานะ (State-based Modeling)

ในเวอร์ชัน 8 เป็นต้นมา โปรแกรมได้เพิ่มความสามารถในการสร้างกราฟสถานะ (State Chart Graphs) ที่สอดคล้องกับมาตรฐาน UML OMG 2 ซึ่งช่วยให้สามารถจำลองระบบที่ทำงานตามสถานะได้ เช่น ลำดับการเริ่มต้นทำงานของโรงงานอุตสาหกรรม หรือการถอดรหัสโปรโตคอลแบบอนุกรม

การสร้างรหัสภาษา C โดยอัตโนมัติ (Automatic Code Generation)

หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของ Altair Embed คือความสามารถในการแปลงแผนภาพบล็อกให้เป็นรหัสภาษา C (ANSI C) ที่พร้อมสำหรับการดาวน์โหลดลงสู่ฮาร์ดแวร์เป้าหมายได้ทันที โดยรหัสที่สร้างขึ้นมีความโดดเด่นในด้านประสิทธิภาพและความอ่านง่าย เนื่องจากผู้พัฒนาซอฟต์แวร์มีความเชี่ยวชาญสูงในด้านการเขียนคอมไพเลอร์ภาษา C

โปรแกรมรองรับการสร้างรหัสสำหรับอุปกรณ์เฉพาะทาง เช่น PWM, ADC, Encoder, GPIO, I2C และรองรับชิปประมวลผลหลากหลายตระกูล เช่น Texas Instruments (MSP430, C2000), ARM Cortex-M เป็นต้น

การประยุกต์ใช้งาน

Altair Embed ถูกนำไปใช้ในการออกแบบระบบควบคุม (Control System Design) และการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (Digital Signal Processing) ในหลากหลายสาขา ได้แก่:

• วิศวกรรมการบินและอวกาศ: การจำลองระบบควบคุมการบิน
• การแพทย์และชีวภาพ: การสร้างแบบจำลองระบบทางชีวภาพ
• พลังงานและไฟฟ้า: การจำลองมอเตอร์ไฟฟ้าและระบบไฟฟ้ากำลัง
• ระบบไฮดรอลิกและกลไก: การจำลองการเคลื่อนที่และแรงดัน
• ระบบความร้อนและ HVAC: การจำลองการถ่ายเทความร้อนและการระบายอากาศ
• เศรษฐมิติ: การสร้างแบบจำลองทางเศรษฐกิจและคณิตศาสตร์

การพัฒนาแบบจำลอง (Model-Based Development)

เทคนิคการจำลองประสิทธิภาพของระบบแบบออฟไลน์ แล้วจึงสร้างรหัสโปรแกรมจากแบบจำลองนั้น เรียกว่า "การพัฒนาแบบจำลอง" (Model-Based Development) ซึ่งเป็นที่นิยมอย่างมากในระบบฝังตัว เนื่องจากช่วยลดระยะเวลาในวงจรการพัฒนาฮาร์ดแวร์ลงได้อย่างมาก

การสร้างแบบจำลองด้วยวิธีนี้ช่วยให้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนสามารถทำความเข้าใจได้ง่ายขึ้นผ่านการนำเสนอด้วยภาพ (Pictorial Representation) แทนการเขียนและแก้สมการจำนวนมาก โดย Altair Embed รองรับการสร้างแบบจำลองแบบลำดับชั้น (Hierarchical Composition) ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างบล็อกย่อยซ้อนกันได้ เพื่อจัดการกับระบบที่มีความซับซ้อนสูง

คุณสมบัติเสริมและเครื่องมือวิเคราะห์

นอกเหนือจากการจำลองพื้นฐาน Altair Embed ยังมีคุณสมบัติขั้นสูงอื่นๆ เช่น:

• การวิเคราะห์โดเมนความถี่: การสร้าง Bode plot, Root locus และ Nyquist plot
• การจำลองระบบสื่อสาร: รองรับ Modulators, Encoders, PLLs, BPSK, QPSK และการคำนวณ Bit Error Rate (BER)
• เครือข่าย CAN bus: การอ่านและเขียนแพ็กเก็ตข้อมูลผ่าน CAN bus
• โครงข่ายประสาทเทียม (Neural Networks): สำหรับการประยุกต์ใช้ในระบบควบคุมอัจฉริยะ
• การหาค่าที่เหมาะสมที่สุด (Global Optimization): เพื่อปรับแต่งพารามิเตอร์ของระบบให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด