基于UML的嵌入式實時系統(tǒng)實例分析

1、基于UML的嵌入式實時系統(tǒng)實例分析摘 要：統(tǒng)一建模語言uml是一種面向?qū)ο蟮臉藴式ＵZ言，現(xiàn)在無論在歐洲，還是美國，或者世界上的一些其他地區(qū)，uml都已經(jīng)成為了工業(yè)界開發(fā)的首選方法。介紹了uml的概況和特點，并以一個數(shù)字式錄音機為實例，詳細闡述了uml在嵌入式實時系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：uml 嵌入式實時系統(tǒng) 類模型1 統(tǒng)一建模語言統(tǒng)一建模語言uml(unified modeling language)是由grady booch、ivar jacobson和james rumbaugh發(fā)起，在booch方法、oose方法和omt方法的基礎(chǔ)上，廣泛征求意見，集眾家之長，幾經(jīng)修改而成的一個面向?qū)ο蠓?/p>

2、析與建模語言。在美國，uml已經(jīng)獲得工業(yè)界、科技界和應(yīng)用界的廣泛支持，已有700多個公司表示支持采用uml語言作為建模語言。uml共提供了五類圖：用例圖。用例圖從用戶角度描述系統(tǒng)功能，并指出各功能的操作者。在uml中，一個用例圖由一系列角色和用例組成，其中用例被畫在一個框內(nèi)，該框表示系統(tǒng)邊界。靜態(tài)圖。包括類圖、對象圖和包圖。行為圖。它描述系統(tǒng)的動態(tài)模型和組成對象間交互關(guān)系，包括類的狀態(tài)圖和活動圖。交互圖。它描述對象間的交互關(guān)系，包括順序圖和合作圖。其中順序圖顯示對象間的動態(tài)協(xié)作關(guān)系；合作圖也描述對象間的動態(tài)協(xié)作關(guān)系，但除表示信息交換外，合作圖還顯示對象以及它們之間的關(guān)系。實現(xiàn)圖。包括構(gòu)件圖和配

3、置圖。其中構(gòu)件圖用來描述代碼構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)和各構(gòu)件間的依賴關(guān)系；配置圖定義系統(tǒng)中軟、硬件的體系結(jié)構(gòu)。uml的主要特點可以用以下三點來概括：它統(tǒng)一了booch、omt和oose等方法中的概念。它吸取了面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域中其他流派的長處。它在演變過程中還提出了一些新的概念。uml本身是一個完整的建模語言，因此支持系統(tǒng)開發(fā)的不同階段，從需求描述到系統(tǒng)的測試。總之，uml適用于任何類型的系統(tǒng)，其豐富的描述能力可以精確地描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為。2 基于uml的嵌入式實時系統(tǒng)實例分析2.1 實例介紹與用例模型嵌入式實時系統(tǒng)在實際的工程項目中具有較強的代表性。本文所介紹的嵌入式實時系統(tǒng)是一個數(shù)字式錄音機

4、，它可以通過麥克風(fēng)錄制聲音，通過a/d轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號存儲在內(nèi)存中，用戶可以選擇某個錄制聲音消息進行播放。系統(tǒng)共可以存儲10條錄音消息，每條消息的最大長度由當前可用的最大內(nèi)存空間鎖限制。系統(tǒng)的四個方向按鈕用來進行菜單選擇，該數(shù)字式錄音機器有四個主要的菜單項，即時鐘菜單、日歷菜單、定時菜單以及消息槽菜單項。用戶可以通過左、右方向按鈕在不同的菜單項之間切換。系統(tǒng)的時鐘和日歷功能和普通的電子表中的時鐘、日歷功能一樣，此處不再詳述。在本例中，我們有兩個角色：user和battery，其中用戶是該系統(tǒng)的使用者，他使用本系統(tǒng)所提供的功能；電池是系統(tǒng)需要應(yīng)付的外部設(shè)備，系統(tǒng)要探測電池的容量。本例中的嵌入式實時

5、系統(tǒng)的完整的用例模型如圖1所示：2.2 分析建模類模型則是系統(tǒng)主模型中最為重要的一個，它描繪了系統(tǒng)組成情況，是面向?qū)ο蟮臉酥?。我們在本例中得到了如下的類?1)message類。一個message對象描述一個完整的數(shù)字聲音錄音，在物理上按照block塊來組織，即一個message對象由一個或多個audioblock塊組成。而一個audioblock對象則由一個或多個聲音采樣片組成，即audioblock對象由audiosample對象組成。從問題域角度來看，message應(yīng)該包括有該消息的timelength、recordtime和audioblock類型的動態(tài)數(shù)組屬性。(2)audiocon

6、troller類。嵌入式應(yīng)用通常典型地表現(xiàn)為具有一個“邏輯部件”、“控制中心”，它管理系統(tǒng)的任務(wù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。audiocontroller就是這樣一個部件，提供錄音、播放等功能。(3)usermode類。用戶模式指用戶對系統(tǒng)的使用方式，可以分為設(shè)置時間模式、設(shè)置定時時間模式、設(shè)置日期模式和消息菜單用戶模式。當用戶模式不用時，系統(tǒng)對用戶的操作將有著不同的解釋。(4)userinterface類。用戶接口類封裝了系統(tǒng)的人機接口，它包括用戶模式和用戶視圖兩部分。其中用戶模式就是usermode類；而用戶視圖則負責(zé)系統(tǒng)人機界面的表示。當系統(tǒng)的用戶模式發(fā)生變化時，系統(tǒng)的用戶視圖也會發(fā)生相應(yīng)的變化

7、。不僅如此，在同一用戶模式下，不同的按鈕操作也會使用戶視圖發(fā)生變化。(5)userview類。用戶視圖也包括五種：時鐘視圖、日期視圖、定時時鐘視圖、消息菜單視圖和任務(wù)視圖。(6)messageslot類。消息槽用來登錄消息，一個消息槽最多只能登錄一條消息。系統(tǒng)共有十個消息槽。消息槽就如存儲設(shè)備上存儲數(shù)據(jù)的“道”，它保存消息。系統(tǒng)通過messageslot類訪問到聲音消息，實現(xiàn)相關(guān)的操作。(7)audioinput與audiooutput類。聲音輸入與聲音輸出類實現(xiàn)audio在block級別的輸入、輸出。麥克風(fēng)通過a/d轉(zhuǎn)換器得audiosample，audioinput實現(xiàn)把一系列的采樣片組裝

8、成audioblock對象，并把該對象傳送給audiocontroller，由控制中心實現(xiàn)對audioblock的組裝，最終形成一個完整的message。同理，對于audiooutput也一樣。2.3 關(guān)注嵌入式：系統(tǒng)外部事件嵌入式系統(tǒng)所處的外部環(huán)境通常較一般的系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，其復(fù)雜性主要表現(xiàn)為系統(tǒng)需要對大量的外部環(huán)境事件做出響應(yīng)。在嵌入式應(yīng)用中，外部環(huán)境的元素與嵌入式系統(tǒng)的交互主要通過事件的方式來實現(xiàn)。通過分析我們識別了7個外部事件，如表1所示。2.4 動態(tài)模型類模型描述了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，我們需要進一步地分析系統(tǒng)的動態(tài)行為。在對象概念的前提下，我們以對象為中心描述對象的狀態(tài)變化。(1)audi

9、ocontroller狀態(tài)圖。audiocontroller對象訪問消息槽并可以播放、錄制消息。不僅如此，它還可以播報警報聲音。該對象的狀態(tài)空間可以識別為由五個狀態(tài)組成，他們分別是空閑狀態(tài)(idle)、播放狀態(tài)(playing)、錄音狀態(tài)(recording)、警報狀態(tài)(alarming)和停止狀態(tài)(stop)。其中停止狀態(tài)是一個瞬時狀態(tài)。停止狀態(tài)的進入動作表示提示并警告用戶當前停止的原因，并且需要得到用戶的確認才轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)。(2) audioinput對象。audioinput對象提供錄制audioblock服務(wù)，因而它有如圖2所示的狀態(tài)圖。同理，audiooutput有與之相似的狀態(tài)圖

10、。(3)speaker對象。speaker對象是對揚聲器的封閉，它提供播放采樣片服務(wù)，一旦產(chǎn)生speaker對象將對speaker進行初始化，因此它的狀態(tài)圖如圖3所示。同理，microphone對象的狀態(tài)圖也類此。(4)timer對象。timer對象是對定時器的封裝，它監(jiān)視時鐘中斷，一旦定時時間計數(shù)到，就將發(fā)生定時中斷。圖4中的“click”表示一個時鐘中斷。3 結(jié)語與不足本系統(tǒng)的首要特征是嵌入式，其次便是因“嵌入”而帶來的事件多而且有實時約束的情況。因此，當我們設(shè)計本系統(tǒng)的軟件組織模式時，就不得不考慮如何讓軟件從體系結(jié)構(gòu)級別上能夠高效地處理各種事件。由于采用了面向?qū)ο箝_發(fā)方法，因此我們自然地可設(shè)計面向?qū)ο笫降慕M織模式，即事件解釋為對象間的消息傳遞，通過消息傳遞把各個對象組織起來。但是這樣做存在一個最大的缺點，就是任何一個事件發(fā)生時都必須知道該事件的響應(yīng)者。參考文獻：1 肖蘇.uml語言的建模應(yīng)用j.電腦編程技巧與維護,2009(32).2 (美)tom pend