跨域协同，软硬融合｜MathWorks驱动软件定义产品全流程

软件定义产品是指一个产品系统的核心功能和行为主要由软件来控制和定义，而不是完全依赖硬件。在传统的产品系统中需要靠固定的硬件设计来实现功能，而在软件定义系统中，硬件更像是一个“通用平台”，真正的“聪明”部分由软件来实现，这样整个系统更灵活，而且能够随软件功能的更新不断提升设备的自我价值。

想象我们小时候用的一台老式收音机，它的频道和音量是通过物理旋钮固定的，功能很有限。现在我们家中换成一台智能音箱（比如小爱音箱或小度小度），硬件是麦克风和扬声器等，但它的功能（播放音乐、查天气、控制家电）是通过软件来实现的。你可以通过更新软件增加新功能，比如让它学会讲笑话、唱歌，而不需要换硬件。这就是“软件定义系统”。

所以“软件定义产品”并不是一个新的概念，而是由来已久。尤其是从功能手机到智能手机的成功转型，让人们看到软件定义系统的潜力，但过去受限于技术，软件定义的概念主要局限在手机、电脑这样的消费电子领域。而现在，随着端侧计算能力、通信能力和AI基础设施的技术进步，让这个概念可以扩展到更多复杂的系统，比如汽车、工厂、甚至城市基础设施等。

尤其是汽车行业正在经历从“机械驱动”到“软件驱动”的巨大转变，这让“软件定义产品”这个概念被推到聚光灯下。而软件定义产品，即存在着机遇，也向传统设备开发者们提出了新的挑战。如何应对这一挑战？在近日MathWorks在北京举办的2025 MATLAB EXPO上，MathWorks全球行业总监 Arun Mulpur发表了题为“从嵌入式到赋能：软件定义产品的崛起”的主题演讲，并且接受了21ic在内的多家媒体采访。

MathWorks全球行业总监 Arun Mulpur

软件定义产品的本质和复杂性

软件定义产品正在成为我们日常生活和工业应用的核心驱动力。从智能手机到家用电器，再到汽车和医疗设备，软件在产品功能和用户体验中的作用日益显著。与传统的嵌入式系统相比，软件定义产品通过软件赋予系统灵活性、可扩展性和持续优化的能力。尤其是在汽车领域，软件定义汽车（Software-Defined Vehicle，SDV）通过软件实现自动驾驶、个性化体验和性能优化。这种从“嵌入式”到“赋能”的转变，标志着产品不再是静态的硬件实体，而是可以通过软件持续进化的动态系统。

那么产品是如何为软件定义的呢？这里面包含了三大核心。即“现代软件实践”、“数据驱动的功能”、“利用云”，这三大核心由软件进行定义，从而构建具备可靠性、符合功能安全目标、且包含全部物理组件的系统。

首先在“现代软件实践”中，可以通过自动化工具（如CI/CD流水线）实现快速开发和频繁更新，缩短开发周期。其次，在“数据驱动”部分，开发者需要利用实时数据和云集成提供洞察力，支持持续优化。例如，软件定义汽车通过传感器数据实时调整驾驶模式或电池管理策略。最后在“云端支持”部分，需要通过云端实现OTA更新和大规模数据处理，使系统能够在运行时持续改进。这三大软件定义的开发流程层层递进，使得软件定义产品能够快速响应市场需求，提供个性化和可持续的功能。例如，汽车制造商可以通过订阅服务提供新的驾驶模式或娱乐功能，创造新的收入来源，同时提升用户体验。

软件定义产品需要将系统工程（SystemEngineering）和软件工程（Software Engineering）紧密结合。然而，这种融合面临重大挑战，因为两者涉及不同的思维方式、工具链和工作流程。Arun强调，MathWorks的工具（如MATLAB和Simulink）通过基于模型设计（Model-Based Design，MBD）提供了一个“数字线程”（Digital Thread），连接需求、架构、功能、实现和测试，实现了无缝的开发工作流程。

例如，在汽车开发中，Simulink和Stateflow可用于建模整个系统的行为，SimscapeBattery则专门用于电池驱动设备的建模。MathWorks一直持续致力于拓展这一领域的关键能力，提供了包括SimscapeElectrical、Motor Control Blockset和SimscapeBattery在内的一系列模型，这些模型不仅支持仿真和验证，还能自动生成优化的代码，部署到嵌入式目标上。这种集成能力使开发团队能够高效应对复杂系统开发的挑战。

此外，为了支持软件定义系统的开发，MathWorks提供了开放的API和与行业标准的集成，如AUTOSAR（汽车开放系统架构）和ROS（机器人操作系统）。这些工具允许开发者将MATLAB和Simulink与现有工作流程无缝结合，提高可扩展性和可靠性。例如，与恩智浦（NXP）、英飞凌（Infineon）、高通（Qualcomm）等合作伙伴的协作，使得开发者可以在硬件电路尚未就绪时就开发软件，缩短迭代周期。

接下来，让我们从“现代软件实践”、“数据驱动的功能”、“利用云”的三大核心出发，看看MathWorks如何行业客户应对软件定义产品的挑战。

1-从仿真到虚拟化，将软件开发与系统设计进行融合

在软件定义产品的生命周期中，软件被快速开发、频繁发布、自动化的部署到了产品系统中。但随着产品和系统中软件内容的增加，这也将会影响到整个系统开发的工作。系统和软件的结合是一个巨大的机会，因为通过对齐思维方式和方法、工具和工作流程，软件工程和系统工程之间的协作可以解锁新的优化水平。

但是这必须确保系统工程师们和软件开发团队都处在同一个虚拟环境中。在传统开发流程中，系统工程师对于完整系统、组件和场景有着更高的仿真细节要求；而当进入到了软件定义产品的开发中，软件开发团队并不特别需要如此高级别的模型复杂性。软件开发者只需要一个虚拟环境，提供足够的保真度来开发和测试他们的软件。

Arun强调，这是一个微妙但重要的整合——将虚拟化与仿真结合，融入DevOps和CI/CD流水线，以提供非常完整的验证和验证平台，以便工程团队能够测试和验证，甚至在开发早期就进行测试。

“MathWorks提供的功能，能够帮助结构工程师、电气工程师、电子工程师，在做他的设计的时候，可以充分考虑软件这部分影响，来帮助他做更好的设计。因为我们提供系统建模的能力，能够帮助他在系统的环境下确定这部分设计的任务是不是合理，是不是合适，能够做更好的优化。”Arun解释道。

2-引入AI，支持设计到多硬件平台无缝部署

在“数据驱动的功能”的部分，Arun特别分享了MathWorks在AI领域的投入。MathWorks的AI工具涵盖深度学习、强化学习、机器学习等多个领域，支持从设计到部署的无缝集成、自动化代码生成以及对CPU、GPU和FPGA等多样化硬件平台的支持。

在多硬件平台无缝部署方面，MathWorks提供代码生成工具，能够支持将模型和算法生成针对特定硬件的C、HDL、CUDA程序等，帮助开发者实现自动适配和部署。当前也有越来越多的芯片厂商，和MathWorks建立了合作，提供了相应的专有库。那么开发者即使在MathWorks提供的平台上，也可以享受到和原厂的开发环境中更一致的开发和部署体验，能够获得来自原厂的优化过的库的支持。这即保证了开发方式上更适用于当前这种复杂系统定义带来的问题；也让MathWorks提供的这套开发流程也能够满足开发者对于嵌入式边缘算力的高性能使用。

在开发框架方面，PyTorch和TensorFlow等开源框架在用户中的广泛采用。这一趋势引发了关于AI模型治理和可追溯性的关键问题，MathWorks旨在解决这些挑战。早前，MathWorks已支持与外部AI框架的协同执行；自2025年起，一项重大进步允许将PyTorch模型直接导入Simulink，从而实现宏操作，并通过其深度学习组合部署经过认证的AI模型。这些模型保持不变，以确保治理和可追溯性，同时被整合进系统设计和部署。

此外，MathWorks正在弥合AI、数据科学与需要稳健系统设计的工程团队之间的差距。通过简化PyTorch和MATLAB代码的协同执行实现，这大大促进了数据科学家、工程师和IT部门之间的协作，提升了工作负载共享和整合效率。

值得注意的是，MATLAB还与Visual Studio Code的集成，而VS Code已被证实是广受欢迎的AI驱动开发环境，这一协同作用使用户能够在熟悉的环境中利用AI代理生成MATLAB代码，从而简化产品开发。

3-云上完整环境：仿真、部署和发布一站式

假设一辆软件定义的汽车，需要引入一种新驾驶模式——“运动模式”，在不影响电池性能或续航里程的前提下提升加速性能。如何直接通过云端部署新功能，给所有的车辆实现OTA，而无需更改硬件？这就需要一个完整的云上开发环境，该环境中集合了仿真、开发、部署和发布等功能，而MathWorks正在就此与汽车行业的关键合作伙伴展开合作，例如提供生产ECU和车外网络的厂商、提供虚拟处理器模型和仿真环境的Synopsys，以及提供云端扩展性和集成的AWS等，多方共同致力于解决这一挑战。

具体而言，MATLAB支持功能开发、仿真、CI/CD操作及模型检查，覆盖从代码生成到交互式或基于CI的嵌入式部署的全流程。通过清晰的整合，用户甚至可以在获取ECU之前完成开发与部署，实现了验证与确认的无缝衔接，例如与Android Automotive的整合，为客户提供极致体验。本质上，这种方式构建了一个云端完整生产环境，大幅降低了开发过程中的风险。

这种云端设计仿真的方式无需本地工作站即可实现高度可扩展性，支持一次性完成数千次仿真，并通过自动化测试集成CI/CD，为无缝部署铺平道路。这种“左移”开发模式能够在运行前检测问题，显著提升效率。而在运行时，MathWorks通过Simulink直接连接软件堆栈，支持目标代码执行。例如，利用某公司的SUM-ID汽车消息协议，Simulink模型可实时发送和接收消息，并通过UnrealEngine实现可视化，展示系统运行状态。

此外，Arun又着重强调了对齐团队协作的重要性，系统工程师、平台工程师和结构工程师三大角色通过集成环境实现高效连接。平台工程师常用的工具与MATLAB和Simulink的兼容性成为关注焦点。为此，MathWorks推出了一个中央存储库，汇集示例、代码和文档，方便用户查找和应用这些整合资源。同时，针对云端MATLAB冷启动耗时12分钟的问题，MathWorks通过优化预热技术将首次启动时间缩短至1分钟，后续启动仅需25秒，显著提升开发效率和协作流畅性。

结语

MathWorks正在全面赋能软件定义产品的开发与部署。从将虚拟化与仿真结合以融入DevOps和CI/CD流水线，到通过AI工具和多硬件平台支持实现无缝部署，再到构建一站式云端开发环境，MathWorks为汽车等行业的复杂系统开发提供了高效解决方案。同时，其对团队协作和开发效率的优化，如与Visual Studio Code的集成及云端冷启动时间的显著缩短，进一步推动了系统工程与软件工程的深度融合。随着软件定义产品趋势的持续深化，MathWorks的创新工具链和开放生态无疑将助力更多行业实现智能化、灵活性和可持续发展目标。