许多人使用“基于模型的工程” （MBE）来说明模型作为工程设计流程的一部分的重要性。我们将这个缩写词用在本书的英文书名中出于同样的目的。不难找到倡导将建模作为设计和实现的先行者。相反，也不太难发现以硬件为中心的设计者，他们宁愿尽可能少地与计算机和建模打交道。幸运的是，那一时代已经过去。在现代复杂设计中它已不是一个成功的法宝。实际上，几乎所有的现代工程设计都是在模型的帮助下完成的，无论这些设计项目是民用的还是工业的、机械的还是电气电子工程的。在最近几十年里，这些工程领域中的一部分已经极大地提升了它们的技术以创建模型。这通常反映在所设计系统的复杂度上，因为必要性再一次成为发明的源泉。恕我对全世界仿真算法开发者直言，管理持续增长的设计复杂度唯一最有效的方法就是要通过建模。毫无疑问，实现一种仿真算法的突破性发展可以产生深远的影响，但是这种情况总是少之又少。实际上，可以说这在几十年内都没有发生过了。在一个给定的复杂系统设计的范畴内，肯定不能依赖这种突破。一般情况下，设计团队需要变得更聪明，并在既有求解算法的基础上通过建模管理这些设计。
本书中的概念是作者在15年前就构思过的，但是直到最近我们才能说建模技术已经达到了一个高度，把这些概念可以有效而简捷地进行传授。本书的目的不是说服工程师们采用一种新的思维方式或全新的设计方法。相反，是为了向从事基于模型的工作的设计人员致谢，且向他们提供一种程序化的手续，这有望让他们的工作更有成效。更进一步，应该向设计人员揭示，“磨刀不误砍柴工”，现在可以进行很多更有价值的分析。
本书是给要使用MBE方法的工程师、学生和研究者准备的一本案头参考书。本书也采用了高年级本科生或低年级研究生的入门级工程技术课程中可以使用的书写风格。
本书分为三部分：基本原理、建模方法和设计方法。第一部分包括4章，涵盖了MBE的基本原理。为了使用MBE，你必须知道如何编写模型以及如何组织它们，以供重复使用。理解这些模型适合用在仿真流程中的什么地方以及如何将它们使用到设计活动中非常重要。然而，很多文章和教材已经描述了仿真算法，因此我们将不会重复这些信息，而是总结它们以供我们所需。采用这种方式，我们可以专注于主画面——建模作为设计的一个手段。
第二部分更深入地讨论建模技术，以确保读者理解行为可以用不同的方式加以表述。在各种语言里，这些技术的大部分是通过使用建模工具而不是手工写代码来说明的。这使得建模工作集中在所需要东西的概念层面，且跳出了任何特定语言的语法或语义。本书旨在抛开硬件描述语言、C语言或任何其他可以描述模型的语言进行建模。因此，本书没有包含建模语言方面的入门知识。但是，读者可以使用所包含的建模工具去查看生成了什么。其次，在概念的层面使用那些可以生成这些语言的实用程序的工具创建模型。通过这种方式，设计者侧重于模型的效用、其在设计中指定点的可用性和必要条件，以及有效地获取该功能。毫无疑问，模型可以手工编写并成功地利用MBE设计方法。然而，门外汉的学习路程很长，因此我们选择了基于模型的设计效率的最简单有效的途径。第二部分是以即使存在巨大的模型数据库，仍然需要为每个设计获取更多的模型这一事实为依据的。目的是用这些技术去武装设计者，同时也在每一章演示重复使用这些技术，因为“需要建立的最简单的模型就是你不需要建立的模型”。
本书最后一章介绍在南安普敦大学和阿肯色州大学之间进行的一项复杂的集成电路项目案例。这个芯片包括所有模拟、射频和数字电路，且是使用本书中介绍的MBE设计方法进行设计的。
对于已经参加工作的工程师，希望本书作为自学MBE基础的一个读本，能让他们在自己的某个设计中快速检验设计方法。对深入学习和解释MBE方法来说，案例研究和实例将是不可或缺的。
致 谢Acknowledgements我的父亲是一名工程师，受他的影响，我成年以后的大部分时间里都在努力成为一名优秀的工程师，成为工程界的一分子就是我的梦想。从最初的粗略电子电路原型到生产设备，此进程中的每一步都让人心潮澎湃，从而使得一切顺利进行，且让生产变得更好。
在我所有的职业生涯里，我的激情已经成为设计、创新和发明，而在20多年前因为高级建模和仿真技术的引入使我更加喜爱自己的工作。我能想起来，在测试只提供有限信息的情况下，试图找出一台变压器的故障原因的过程中“火炉真正点燃起来”的时刻。为了理解变压器的复杂特性，对它建模，仿真它，然后利用这些仿真结果去追踪问题的根源，这展示了基于模型的方法的强大功能。提到那个时候，我应该感谢爱丁堡Ferranti公司的John Murray，就因为他对我说过“你能看看这个吗？”
作为Ferranti公司的一名初级工程师，尤其是与John Murray、Frank Fisher和 Alan Abernethy一起工作是一种训练、一种激励，也是一种真正的快乐，这些都是我会永远珍惜和永远难忘的。转职到Analogy公司是我生涯中的关键时刻，因为正是在那里我遇见了我的妻子Caroline，而这就是我最想感谢的。从职业角度来讲，这也是一个形成阶段，与许多聪明、风趣且有才能的人共事，包括本书的合著者Alan Mantooth。最近，自从返回学术界，先是追求梦寐以求的博士学位，后来成为南安普顿大学的一名学者，我非常幸运地和另外一群才华横溢的人一起工作，包括我的博士生导师Neil Ross博士和Reuben Wilcock博士。
写本书有着深远的渊源，而我与合著者Alan Mantooth的友谊可以追溯到20多年之前。我们多年来一直在讨论，为什么对于工程师来说能够去做那些对他们来说好像很容易的事情似乎很难。因此下一步显然是尝试写下为了掌握那些技术我们的所作所为。本书最初的工作开始于2008年，那时我正在阿肯色州大学休假以开始写作。而且我必须提及Alan、Mary Lynn、 Deanna、 Laura和Maureen Mantooth，他们邀请我到他们的家里，让我像他们的家庭成员一样度过了很多美好的时光，我由衷感谢他们。
Contents目 录
推荐序
译者序
前言
致谢
第一部分 基于模型的工程基础
第1章 基于模型的工程概述2
1.1 引言3
1.2 建模的多晶面4
1.3 层次化设计6
1.4 模块划分8
1.5 规范8
1.6 采用MBE的关键与障碍8
总结10
第2章 设计与验证过程11
2.1 设计过程导论12
2.2 确认、验证和需求12
2.3 设计与验证过程13
2.4 系统/功能级：可执行的规格表14
2.5 结构级15
2.6 实现级16
2.7 基于模型的工程—— 一个成功之道17
第3章 设计分析18
3.1 引言19
3.2 手工分析19
3.3 计算机仿真22
小结47
总结47
参考文献47
第4章 系统建模49
4.1 在设计环境中建模50
4.2 建模的层次50
4.3 建模基础52
4.4 具体建模技术58
4.5 表现形式66
4.6 建模工具72
4.7 未来适用性74
总结75
参考文献75
延伸阅读76
第二部分 建模方法
第5章 图形化建模78
5.1 引言79
5.2 在语言之上的建模79
5.3 模型的抽象79
5.4 ModLyng入门80
5.5 简单模型的创建81
5.6 库与模型89
5.7 效果与模型91
5.8 层次化模型——使用原理图编辑器92
5.9 测试平台与模型验证95
5.10 实例96
总结101
附录102
参考文献103
延伸阅读103
第6章 框图建模与系统分析104
6.1 引言105
6.2 信号流建模105
6.3 状态机108
6.4 算法模型114
6.5 传递函数建模116
总结122
第7章 多域建模123
7.1 引言124
7.2 基本定律124
7.3 模型创建步骤126
7.4 电域128
7.5 热学系统建模136
7.6 磁系统建模142
7.7 电磁系统建模150
7.8 力学系统建模154
7.9 流体系统160
7.10 光学系统161
总结164
参考文献164
第8章 基于事件的建模165
8.1 引言166
8.2 实际问题167
8.3 数字逻辑建模169
8.4 残酷的现实问题176
8.5 数据采样系统（z域）177
总结193
第9章 快速模拟建模194
9.1 引言195
9.2 均值建模195
9.3 快速模拟建模211
9.4 有限差分建模217
总结219
参考文献220
延伸阅读220
第10章 基于模型的优化技术221
10.1 引言222
10.2 优化方法概览222
10.3 案例研究：优化磁性材料模型参数228
总结233
参考文献233
第11章 统计和随机建模235
11.1 引言236
11.2 噪声基础236
11.3 统计学建模241
总结255
参考文献255
第三部分 设计方法
第12章 设计流程258
12.1 引言259
12.2 需求和性能指标259
12.3 初步设计——首次设计263
12.4 详细设计264
12.5 最优设计265
12.6 芯片集成和验证265
总结266
参考文献266
第13章 复杂电子系统设计实例267
13.1 引言268
13.2 关键要求270
13.3 顶层模型和芯片架构270
13.4 初始设计——初步划分289
13.5 详细设计310
13.6 总结325
参考文献327
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