嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中UML的應(yīng)用

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摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到社會生產(chǎn)中。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)與普通的個人計算機(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，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。而隨著人類社會對生產(chǎn)的要求越來越高，因此，需要開發(fā)一個更加高效的嵌入式系統(tǒng)?；诖耍ㄟ^運(yùn)用UML語言，對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，以尋求更高效的，符合社會生產(chǎn)需求的計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)技術(shù)；嵌入式系統(tǒng)；UML語言

UML語言又被稱為標(biāo)準(zhǔn)建模語言，主要是被用來進(jìn)行軟件開發(fā)與支持模型化的計算機(jī)圖形化的語言。在軟件開發(fā)過程中，可以通過標(biāo)準(zhǔn)建模語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，它還是一種易于表達(dá)、功能強(qiáng)大、定義良好的建模語言，基于這些優(yōu)勢，將UML語言應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，能實現(xiàn)目前用戶對該系統(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)是基于計算機(jī)技術(shù)，融合了電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)，并對應(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)用廣泛的知識集成系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)自身的優(yōu)勢，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，市場中的電子產(chǎn)品、汽車、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)最早形成時還形不成“系統(tǒng)”概念，因為最初的嵌入式系統(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]。隨著計算機(jī)技術(shù)及商業(yè)社會的發(fā)展需求，嵌入系統(tǒng)初步形成，可以運(yùn)用計算機(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)可以實現(xiàn)實時的多任務(wù)操作，成為目前應(yīng)用軟件開發(fā)的主流，發(fā)展與應(yīng)用前景廣闊。

2UML語言及其框圖的應(yīng)用模式分析

UML語言是一種應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)編程的可視化建模語言，在具體應(yīng)用操作中可以實現(xiàn)滿足用戶對系統(tǒng)需求的刻畫、分析、設(shè)計集成以及實現(xiàn)和測試，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的構(gòu)建更加合理[2]。UML建模語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、測試人員、管理人員以及開發(fā)人員或是其他項目相關(guān)人員面前，使他們可以對系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行更好的交流，實現(xiàn)對系統(tǒng)的良好構(gòu)建。目前，市場上最為常用的建模語言主要有Booch、OMT及UML三種語言，相較于其他兩種建模語言來講，UML語言更加簡化，操作簡單、適用范圍廣泛，因此，被許多企業(yè)采用。UML語言不僅可以對靜態(tài)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，還可以對具有動態(tài)行為的系統(tǒng)進(jìn)行建模，因此，適用于系統(tǒng)的全部開發(fā)階段。UML語言是一種可視化的建模語言，因此，該語言中的所有語素都是由一個個的框圖組成的。系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)用在uml語言時，就是通過對框圖的描述來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的設(shè)計。UML語言的框圖有很多種，現(xiàn)針對幾種主要框圖進(jìn)行分析。BusinessUseCase框圖與UseCase：這兩種框圖所對應(yīng)的語素不同，BUC框圖所代表的語素主要是對整個系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)功能進(jìn)行描述；而UC框圖則主要是根據(jù)用戶對系統(tǒng)的需求，進(jìn)行系統(tǒng)功能描述。因此，經(jīng)常被用來與客戶之間進(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，代表語素主要被用來對系統(tǒng)中的類進(jìn)行描述。通過對該框圖的觀察，可以清楚地了解系統(tǒng)中類的內(nèi)容、功能以及結(jié)構(gòu)關(guān)系。StateChart框圖：該框圖主要被用來對建模對象的狀態(tài)及各個建模對象之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行描述，主要用來提供建模系統(tǒng)的動態(tài)功能[3]。此種框圖在實際應(yīng)用中被廣泛運(yùn)用到系統(tǒng)的實際建立中，可以生成系統(tǒng)構(gòu)建所需的全部代碼。Collaboration框圖與Sequence框圖：這兩種框圖都是對系統(tǒng)對象之間的相互關(guān)系進(jìn)行描述的框圖。但Sequence框圖在進(jìn)行描述時主要以時間順序進(jìn)行，而Collaboration框圖則是針對系統(tǒng)角色與顯示對象之間的交互進(jìn)行著重描述。通過Collaboration框圖，可以讓系統(tǒng)建筑師與質(zhì)量保證工程師及時了解分析對象的分布情況，若出現(xiàn)不合理狀況，系統(tǒng)建筑師便可及時進(jìn)行調(diào)整或重新分配。UML語言中包含的這些框圖，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計、建模以及分析的過程中，會提供多種不同的圖片表達(dá)形式，因此，可以用在系統(tǒng)開發(fā)的不同階段。將UML語言中的這些框圖應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，通過它們之間的有機(jī)結(jié)合可以構(gòu)建出一個功能完整、一致的高效系統(tǒng)。

3UML語言在嵌入式系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

3.1以車載GPS終端為例

嵌入式系統(tǒng)在各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，在本文中，我們以車載GPS終端為例進(jìn)行UML語言在嵌入式統(tǒng)中的有效應(yīng)用研究[4]。機(jī)動車的車載GPS終端是用來進(jìn)行實時定位的裝置，被廣泛應(yīng)用在出租車或運(yùn)輸車這類需要進(jìn)行調(diào)度、定位的車隊中。該終端的功能實現(xiàn)主要通過車載GPS終端與衛(wèi)星進(jìn)行實時的信號傳輸，實現(xiàn)對機(jī)動車位置的掌握，進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確定位。準(zhǔn)確定位后，再通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)將機(jī)動車位置反饋給遠(yuǎn)程的中心系統(tǒng)。此時，中心指揮系統(tǒng)就可以清楚掌握終端反饋的位置信息，實現(xiàn)對機(jī)動車的遠(yuǎn)程控制與跟蹤。在機(jī)動車遇到特殊情況時，中心系統(tǒng)可以通過終端對車輛進(jìn)行控制，實現(xiàn)車隊的正常運(yùn)行。與此同時，若是車輛遇到險情，車載終端還可以起到電話功能，進(jìn)行遠(yuǎn)程報警。

3.2進(jìn)行嵌入式設(shè)計時對UML語言的需求分析

運(yùn)用UML語言對嵌入式車載GPS終端系統(tǒng)需求進(jìn)行分析時，可以通過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，在圖中顯示的車載GPS終端系統(tǒng)功能需求將其分為兩部分來展示，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表示系統(tǒng)所提供的功能塊。通過UseCase框圖對系統(tǒng)進(jìn)行觀察，可以幫助人們將系統(tǒng)實現(xiàn)與系統(tǒng)目標(biāo)進(jìn)行分離，因此，可以使系統(tǒng)開發(fā)人員詳細(xì)了解系統(tǒng)的重要組成部分。最后，設(shè)計出的系統(tǒng)功能能實現(xiàn)用戶的需求，而不會使設(shè)計人員在系統(tǒng)細(xì)節(jié)實現(xiàn)上過多地浪費時間[5]。通過觀察UseCase框圖發(fā)現(xiàn)，車載GPS終端中的角色定位主要有兩類，即車載終端的用戶與監(jiān)控中心的用戶。車載終端的用戶可以通過終端進(jìn)行報警。而監(jiān)控中心系統(tǒng)的用戶則可以通過系統(tǒng)查詢車輛位置信息及發(fā)送調(diào)度信息。

3.3通過UML語言對產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)格說明

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

4結(jié)語

通過對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需求以及UML語言的功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)利用UML語言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計可以滿足提高該系統(tǒng)的開發(fā)速度與產(chǎn)品質(zhì)量要求。與此同時，還可以增加系統(tǒng)設(shè)計的可重復(fù)使用性，實現(xiàn)了對系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化及利用，滿足了用戶對系統(tǒng)的各項需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]禚百田.UML在空調(diào)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究[D].青島：山東科技大學(xué),2010.

[2]王承啟.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法研究與嵌入式避障機(jī)器人的實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué),2009.

[3]廖曉文.基于UML與Petri網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)建模方法的研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué),2005.

[4]曹雷,薛平貞.UML建模在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013(16)：41-44.

[5]陶明,唐路其.UML在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[J].江西通信科技,2013(2)：7-10

作者：任偉峰 單位：陜西省西安市西安外事學(xué)院