1. 傳統設計模式所應對的挑戰

嵌入式系統正在滲入現代社會的各個方面，被廣泛地應用于航空航天、通信設備、消費電子、工業控制、汽車、船舶等領域，據統計，在美國平均每個中產階級家庭要使用40-50個嵌入式系統。巨大的市場需求推動了嵌入式系統向更高的技術水平發展。設計師們一方面采用性能更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片取代傳統的8位、16位微處理器；另一方面嵌入式系統也由單處理器單操作系統的傳統結構向混合型Multi-core系統發展，通過采用多個處理器和OS提高系統并行度來提高系統運行效能，并且設計師們往往同時采用MPU,DSP和FPGA等多種可編程器件來增強處理能力，滿足應用功能的升級。

嵌入式系統復雜性的不斷增加給設計師們帶來了很大的挑戰，代碼長度呈指數級增加，根據十年前的估計，嵌入式系統的平均代碼量為10萬行，到2001年，這個數字實際已經超過了100萬，而現在的數字估計為500萬[1]。第三方獨立市場預測機構Embedded Market Forecasters (EMF)在對900多名嵌入式系統開發人員進行調研后指出，超過50%的嵌入式設計比預期時間晚上市，而平均延遲時間高達近4個月；并且在已發布的產品中，有近30%的設計未達到預期的功能和指標[2]。一些非正式調查顯示，60%到70%的嵌入式系統開發人員都畢業于電子工程專業，這一學歷背景在幫助理解所開發的嵌入式應用的物理層，以及錯綜復雜的硬件時，起到了很好的作用。但大多數電子工程課程都沒有重視軟件工程的教育，缺乏相關的系統實踐，導致學生對構造可靠系統所必須的軟件工程關鍵原則沒有深刻的理解。可以看到，隨著嵌入式系統復雜性的不斷增加，軟件工程的重要性毋庸置疑，而大部分的嵌入式系統開發人員都缺乏這方面的專業訓練，筆者認為，這是造成上面那組令人吃驚數據的原因之一。與此同時，隨著嵌入式系統的廣泛應用，越來越多的領域專家，比如機器人設計師，控制工程師，測試工程師都需要使用嵌入式技術來構建他們的系統，這些專家既缺乏嵌入式系統的專業知識，也不一定經過軟件工程的專業訓練。

因此，無論是嵌入式系統本身的發展，還是開發人員的專業限制，都需要一種新的設計模式，一種新的解決問題的途徑來應對目前的挑戰。

2. 嵌入式系統開發工具的發展趨勢

隨著嵌入式系統的快速發展和復雜性的不斷增加，基于文本的編程方式所面臨的挑戰愈發嚴峻，這種編程模式在將來不可能徹底解決問題，這已經是許多業內專家的共識。Edward Lee博士是加州大學伯克利分校嵌入式研究方面的領先者，他指出現在嵌入式系統的開發手段如基于文本編程和面向對象的工具都難以用來構建嵌入式實時系統，因為面向對象很難直觀地表達時間和平行性（parallelism），而時間和平行性或并行（concurrency）在現在的嵌入式系統中是必不可少的。Lee博士提出面向角色（actor-oriented）的圖形化方法是更適合嵌入式軟件設計的工具。

應對嵌入式系統所面臨的挑戰，工程師們已經有了一些解決的方向。比如采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發周期。但是現在的嵌入式系統開發工具非常多樣化，市場很分散，目前據不完全統計，全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000多種，流行體系結構有30多個系列，在其上運行的操作系統環境也非常多樣化，包括VxWorks、QNX、Linux、 Nuclears、WinCE等等。不僅各種操作系統有各自的開發工具，在同一系統下開發的不同階段也有不同的開發工具。如在用戶的目標板開發初期，需要硬件仿真器來調試硬件系統和基本的驅動程序，在調試應用程序階段可以使用交互式的開發環境進行軟件調試，在測試階段需要一些專門的測試工具軟件進行功能和性能的測試等等。

所以一種更為理想的、釜底抽薪的解決方案是向基于平臺的工具轉移，它能夠更好地表達整個系統，而減少與特定硬件以及操作系統的相關性，這使得更多的軟件設計和算法容易理解并被重復使用。而從基于文本的工具向圖形化工具的轉移則可以直觀地表達系統，圖形化系統設計（Graphical System Design）的理念就是源于這兩大趨勢。通過簡化嵌入式編程的復雜性，它降低了對系統開發人員和領域專家在嵌入式設計流程中各個步驟的要求；同時提供了從設計、原型到部署，從軟件調試、功能測試到生產檢測的統一環境，使得工程師和科學家們可以更快速地進行重復設計。