嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中UML的應(yīng)用

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摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)中。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在很大區(qū)別，它具有節(jié)約成本、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，主要被用于工廠生產(chǎn)設(shè)備、大型器件等的控制與監(jiān)視。而隨著人類(lèi)社會(huì)對(duì)生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，因此，需要開(kāi)發(fā)一個(gè)更加高效的嵌入式系統(tǒng)?；诖耍ㄟ^(guò)運(yùn)用UML語(yǔ)言，對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以尋求更高效的，符合社會(huì)生產(chǎn)需求的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)；嵌入式系統(tǒng)；UML語(yǔ)言

UML語(yǔ)言又被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，主要是被用來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)與支持模型化的計(jì)算機(jī)圖形化的語(yǔ)言。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言提供的可視化與模型化支撐進(jìn)行軟件規(guī)格、配置及構(gòu)造的最優(yōu)化。與此同時(shí)，它還是一種易于表達(dá)、功能強(qiáng)大、定義良好的建模語(yǔ)言，基于這些優(yōu)勢(shì)，將UML語(yǔ)言應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，能實(shí)現(xiàn)目前用戶(hù)對(duì)該系統(tǒng)的功能、體積、功耗及可靠性的要求。

1嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用背景的產(chǎn)生

嵌入式系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，融合了電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)，并對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H需求產(chǎn)生的一種具有功能強(qiáng)大、可塑性強(qiáng)及應(yīng)用廣泛的知識(shí)集成系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)自身的優(yōu)勢(shì)，因此，被廣泛應(yīng)用于技術(shù)、資金密集的工業(yè)生產(chǎn)中。目前，市場(chǎng)中的電子產(chǎn)品、汽車(chē)、數(shù)碼等都應(yīng)用了嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。嵌入式系統(tǒng)最早形成時(shí)還形不成“系統(tǒng)”概念，因?yàn)樽畛醯那度胧较到y(tǒng)主要是依靠單片機(jī)運(yùn)行的，只能執(zhí)行單線程的工作程序[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及商業(yè)社會(huì)的發(fā)展需求，嵌入系統(tǒng)初步形成，可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用軟件的編輯，執(zhí)行任務(wù)管理和內(nèi)存管理等功能。發(fā)展到至今，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的多任務(wù)操作，成為目前應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的主流，發(fā)展與應(yīng)用前景廣闊。

2UML語(yǔ)言及其框圖的應(yīng)用模式分析

UML語(yǔ)言是一種應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)編程的可視化建模語(yǔ)言，在具體應(yīng)用操作中可以實(shí)現(xiàn)滿足用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)需求的刻畫(huà)、分析、設(shè)計(jì)集成以及實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的構(gòu)建更加合理[2]。UML建模語(yǔ)言可以將建立的模型數(shù)據(jù)信息運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的圖形元素直觀地展示在用戶(hù)、測(cè)試人員、管理人員以及開(kāi)發(fā)人員或是其他項(xiàng)目相關(guān)人員面前，使他們可以對(duì)系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行更好的交流，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的良好構(gòu)建。目前，市場(chǎng)上最為常用的建模語(yǔ)言主要有Booch、OMT及UML三種語(yǔ)言，相較于其他兩種建模語(yǔ)言來(lái)講，UML語(yǔ)言更加簡(jiǎn)化，操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣泛，因此，被許多企業(yè)采用。UML語(yǔ)言不僅可以對(duì)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，還可以對(duì)具有動(dòng)態(tài)行為的系統(tǒng)進(jìn)行建模，因此，適用于系統(tǒng)的全部開(kāi)發(fā)階段。UML語(yǔ)言是一種可視化的建模語(yǔ)言，因此，該語(yǔ)言中的所有語(yǔ)素都是由一個(gè)個(gè)的框圖組成的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)用在uml語(yǔ)言時(shí)，就是通過(guò)對(duì)框圖的描述來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。UML語(yǔ)言的框圖有很多種，現(xiàn)針對(duì)幾種主要框圖進(jìn)行分析。BusinessUseCase框圖與UseCase：這兩種框圖所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)素不同，BUC框圖所代表的語(yǔ)素主要是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)功能進(jìn)行描述；而UC框圖則主要是根據(jù)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的需求，進(jìn)行系統(tǒng)功能描述。因此，經(jīng)常被用來(lái)與客戶(hù)之間進(jìn)行交流，提取有效建構(gòu)信息。Class框圖：此種框圖是一種靜態(tài)圖，代表語(yǔ)素主要被用來(lái)對(duì)系統(tǒng)中的類(lèi)進(jìn)行描述。通過(guò)對(duì)該框圖的觀察，可以清楚地了解系統(tǒng)中類(lèi)的內(nèi)容、功能以及結(jié)構(gòu)關(guān)系。StateChart框圖：該框圖主要被用來(lái)對(duì)建模對(duì)象的狀態(tài)及各個(gè)建模對(duì)象之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行描述，主要用來(lái)提供建模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功能[3]。此種框圖在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛運(yùn)用到系統(tǒng)的實(shí)際建立中，可以生成系統(tǒng)構(gòu)建所需的全部代碼。Collaboration框圖與Sequence框圖：這兩種框圖都是對(duì)系統(tǒng)對(duì)象之間的相互關(guān)系進(jìn)行描述的框圖。但Sequence框圖在進(jìn)行描述時(shí)主要以時(shí)間順序進(jìn)行，而Collaboration框圖則是針對(duì)系統(tǒng)角色與顯示對(duì)象之間的交互進(jìn)行著重描述。通過(guò)Collaboration框圖，可以讓系統(tǒng)建筑師與質(zhì)量保證工程師及時(shí)了解分析對(duì)象的分布情況，若出現(xiàn)不合理狀況，系統(tǒng)建筑師便可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或重新分配。UML語(yǔ)言中包含的這些框圖，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模以及分析的過(guò)程中，會(huì)提供多種不同的圖片表達(dá)形式，因此，可以用在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的不同階段。將UML語(yǔ)言中的這些框圖應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，通過(guò)它們之間的有機(jī)結(jié)合可以構(gòu)建出一個(gè)功能完整、一致的高效系統(tǒng)。

3UML語(yǔ)言在嵌入式系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

3.1以車(chē)載GPS終端為例

嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，在本文中，我們以車(chē)載GPS終端為例進(jìn)行UML語(yǔ)言在嵌入式統(tǒng)中的有效應(yīng)用研究[4]。機(jī)動(dòng)車(chē)的車(chē)載GPS終端是用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的裝置，被廣泛應(yīng)用在出租車(chē)或運(yùn)輸車(chē)這類(lèi)需要進(jìn)行調(diào)度、定位的車(chē)隊(duì)中。該終端的功能實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)車(chē)載GPS終端與衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)位置的掌握，進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確定位。準(zhǔn)確定位后，再通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將機(jī)動(dòng)車(chē)位置反饋給遠(yuǎn)程的中心系統(tǒng)。此時(shí)，中心指揮系統(tǒng)就可以清楚掌握終端反饋的位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的遠(yuǎn)程控制與跟蹤。在機(jī)動(dòng)車(chē)遇到特殊情況時(shí)，中心系統(tǒng)可以通過(guò)終端對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)車(chē)隊(duì)的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，若是車(chē)輛遇到險(xiǎn)情，車(chē)載終端還可以起到電話功能，進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。

3.2進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)UML語(yǔ)言的需求分析

運(yùn)用UML語(yǔ)言對(duì)嵌入式車(chē)載GPS終端系統(tǒng)需求進(jìn)行分析時(shí)，可以通過(guò)UseCase框圖進(jìn)行系統(tǒng)功能分析。UseCase框圖在進(jìn)行系統(tǒng)功能表達(dá)時(shí)，在圖中顯示的車(chē)載GPS終端系統(tǒng)功能需求將其分為兩部分來(lái)展示，即角色與案例。所謂的角色就是指與系統(tǒng)之間進(jìn)行交互的人和物，而其中的案例則是用來(lái)表示系統(tǒng)所提供的功能塊。通過(guò)UseCase框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行觀察，可以幫助人們將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)目標(biāo)進(jìn)行分離，因此，可以使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員詳細(xì)了解系統(tǒng)的重要組成部分。最后，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)功能能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的需求，而不會(huì)使設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)上過(guò)多地浪費(fèi)時(shí)間[5]。通過(guò)觀察UseCase框圖發(fā)現(xiàn)，車(chē)載GPS終端中的角色定位主要有兩類(lèi)，即車(chē)載終端的用戶(hù)與監(jiān)控中心的用戶(hù)。車(chē)載終端的用戶(hù)可以通過(guò)終端進(jìn)行報(bào)警。而監(jiān)控中心系統(tǒng)的用戶(hù)則可以通過(guò)系統(tǒng)查詢(xún)車(chē)輛位置信息及發(fā)送調(diào)度信息。

3.3通過(guò)UML語(yǔ)言對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)格說(shuō)明

對(duì)系統(tǒng)的規(guī)格說(shuō)明要求要比需求分析的顯示更為詳細(xì)，因此，運(yùn)用UML語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)規(guī)格說(shuō)明更加清晰與直觀。在對(duì)車(chē)載終端系統(tǒng)中的規(guī)格進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，首先、可以通過(guò)Class框圖進(jìn)行描述。該框圖可以對(duì)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，對(duì)接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行描述。其次，Class框圖在進(jìn)行規(guī)格說(shuō)明時(shí)，還要將系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊劃分，并且找出所有系統(tǒng)，對(duì)主要對(duì)象進(jìn)行識(shí)別。之后再通過(guò)UML語(yǔ)言中的Collaboration框圖對(duì)各對(duì)象之間的關(guān)系進(jìn)行描述。最后，在進(jìn)行規(guī)格說(shuō)明的業(yè)務(wù)描述時(shí)，也就是對(duì)規(guī)范的操作系統(tǒng)完成主要功能流程的顯示，此時(shí)，可以運(yùn)用UML語(yǔ)言中的Activity框圖進(jìn)行展示。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求以及UML語(yǔ)言的功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)利用UML語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足提高該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度與產(chǎn)品質(zhì)量要求。與此同時(shí)，還可以增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可重復(fù)使用性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化及利用，滿足了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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作者：任偉峰 單位：陜西省西安市西安外事學(xué)院