嵌入式系統(tǒng)(第7章-嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù))精編版

1、 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點 嵌入式系統(tǒng)通常是嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用面向特定應(yīng)用的系統(tǒng)的系統(tǒng)； 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效地設(shè)計，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效地設(shè)計，量量 體裁衣、去除冗余體裁衣、去除冗余； 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計需要嵌入式系統(tǒng)設(shè)計需要交叉開發(fā)環(huán)境交叉開發(fā)環(huán)境； 嵌入式系統(tǒng)的程序需要嵌入式系統(tǒng)的程序需要固化固化； 嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)難度較大嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)難度較大 ； 嵌入式系統(tǒng)還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟嵌入式系統(tǒng)還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟 件包的支持，需要設(shè)計者從速度、功能

2、和成本綜件包的支持，需要設(shè)計者從速度、功能和成本綜 合考慮。合考慮。對穩(wěn)定性、可靠性、功耗、抗干擾性、對穩(wěn)定性、可靠性、功耗、抗干擾性、 重量體積等方面的性能要求都比通用系統(tǒng)的要求重量體積等方面的性能要求都比通用系統(tǒng)的要求 更為嚴格和苛刻。更為嚴格和苛刻。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 “宿主機宿主機/ /目標機目標機”方式方式 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常采用嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常采用“宿主機宿主機/ /目標機目標機”方式。方式。 宿主機（宿主機（HostHost）：）：一臺通用的計算機，一般是一臺通用的計算機，一般是PCPC機。它通機。它通 過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標機

3、進行通信。過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標機進行通信。 目標機（目標機（TargetTarget）：）：常用在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程期間。常用在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程期間。 目標機可以是嵌入式系統(tǒng)的實際運行環(huán)境，也可以是能替目標機可以是嵌入式系統(tǒng)的實際運行環(huán)境，也可以是能替 代實際環(huán)境的仿真系統(tǒng)代實際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 硬件層硬件層 硬件層：硬件層：由嵌入式微處理器、存儲器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口由嵌入式微處理器、存儲器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口 和和I/OI/O

4、接口（接口（A/D A/D 、D/AD/A、I/OI/O等）組成。等）組成。 在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時鐘電路和在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時鐘電路和 存儲器電路（存儲器電路（ROM ROM 和和SDRAMSDRAM等），就構(gòu)成了一個嵌入式核心等），就構(gòu)成了一個嵌入式核心 控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROMROM中。中。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 中間層中間層 中間層：中間層：也稱為硬件抽象層（也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Hardware Ab

5、stract Layer,HALLayer,HAL）或板極支持包（）或板極支持包（Board Support Board Support PackagePackage，BSPBSP），它把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔），它把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔 離，使得系統(tǒng)的底層設(shè)備驅(qū)動程序與硬件無關(guān)。離，使得系統(tǒng)的底層設(shè)備驅(qū)動程序與硬件無關(guān)。 BSPBSP的特點：的特點： 1)1)操作系統(tǒng)相關(guān)性操作系統(tǒng)相關(guān)性 2)2)硬件相關(guān)性硬件相關(guān)性 設(shè)計一個完整的設(shè)計一個完整的BSPBSP需要完成兩部分工作：需要完成兩部分工作： 1 1）嵌入式系統(tǒng)的初始化）嵌入式系統(tǒng)的初始化: :片級初始化、板級初始化片級初始化、板

6、級初始化 和系統(tǒng)級初始化和系統(tǒng)級初始化 2 2）設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。）設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 軟件層軟件層 軟件層：軟件層：由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOSRTOS）、文件）、文件 系統(tǒng)、圖形用戶接口（系統(tǒng)、圖形用戶接口（GUIGUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組 件模塊組成。件模塊組成。 RTOSRTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。 RTOSRTOS實際上是一段嵌入式目標代碼中的程序，系實際上是一段嵌入式目標代碼中的程序，系 統(tǒng)復位后首先執(zhí)行，相當于用戶

7、的主程序，用戶統(tǒng)復位后首先執(zhí)行，相當于用戶的主程序，用戶 的其他應(yīng)用程序都建立在的其他應(yīng)用程序都建立在RTOSRTOS之上。之上。 RTOSRTOS是一個標準的內(nèi)核，它將是一個標準的內(nèi)核，它將CPUCPU時鐘、中斷、時鐘、中斷、 I/OI/O、定時器等資源都封裝起來，留給用戶的是一、定時器等資源都封裝起來，留給用戶的是一 個標準的個標準的APIAPI函數(shù)接口。函數(shù)接口。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 功能層與執(zhí)行裝置功能層與執(zhí)行裝置 功能層：功能層：由基于由基于RTOSRTOS開發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來開發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來 完成對被控對象的控制功能。完成對被

8、控對象的控制功能。 功能層是面向被控對象和用戶的，為方便用戶操功能層是面向被控對象和用戶的，為方便用戶操 作，往往需要提供一個友好的人機界面。作，往往需要提供一個友好的人機界面。 執(zhí)行裝置：執(zhí)行裝置：是指那些可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)是指那些可以接受嵌入式計算機系統(tǒng) 發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)的設(shè)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)的設(shè) 備和裝置。備和裝置。 在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一 般是不同的，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場合和系統(tǒng)所般是不同的，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場合和系統(tǒng)所 要求實現(xiàn)的功能選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置。要求實現(xiàn)的功能

9、選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 統(tǒng)一建模語言統(tǒng)一建模語言UML概述概述 統(tǒng)一建模語言統(tǒng)一建模語言UMLUML：可視化建模語言，屬于第三代可視化建模語言，屬于第三代 面向?qū)ο蠼ＵZ言。它將模型中的信息用標準圖面向?qū)ο蠼ＵZ言。它將模型中的信息用標準圖 形元素直觀地表示出來，便于人員交流。形元素直觀地表示出來，便于人員交流。 特點：特點： 1) UML1) UML語言簡單語言簡單, ,易學、易用；易學、易用； 2) UML2) UML

10、采用可視化的圖形描述，比較形象直觀；采用可視化的圖形描述，比較形象直觀； 3) 3) 可使不同技術(shù)背景的開發(fā)人員和設(shè)計人員很容可使不同技術(shù)背景的開發(fā)人員和設(shè)計人員很容 易的相互交流；易的相互交流； 4) UML4) UML語言是第三代面向?qū)ο蠼ＵZ言的標準，語言是第三代面向?qū)ο蠼ＵZ言的標準， 被絕大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認同；被絕大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認同； 5) UML5) UML采用圖形化的設(shè)計，將系統(tǒng)的核心部分描采用圖形化的設(shè)計，將系統(tǒng)的核心部分描 述出來，可以供以后系統(tǒng)開發(fā)使用；述出來，可以供以后系統(tǒng)開發(fā)使用； 6) 6) 有利于項目的回溯和測試。有利于項目的回溯和測試。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科

11、學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML組成組成 UML采用圖形表示法，它的重要內(nèi)容是由一些圖來定義的。采用圖形表示法，它的重要內(nèi)容是由一些圖來定義的。 設(shè)計人員就是用這些圖來描述整個系統(tǒng)的功能和設(shè)計。設(shè)計人員就是用這些圖來描述整個系統(tǒng)的功能和設(shè)計。 UML包括包括4部分：部分： （1）視圖（視圖（View）：）：UML的視圖并不是圖形，而是由許的視圖并不是圖形，而是由許 多圖（多圖（Diagram）組成的一個抽象，視圖顯示表達系統(tǒng)的各）組成的一個抽象，視圖顯示表達系統(tǒng)的各 個不同方面。個不同方面。 （2）圖（圖（Diagram）：）：描述描述UML視圖內(nèi)容的圖形。視圖內(nèi)容的圖形。UML 共

12、有共有9種不同類型的圖，通過它們的相互組合來表示出被建種不同類型的圖，通過它們的相互組合來表示出被建 模系統(tǒng)的所有的視圖。模系統(tǒng)的所有的視圖。 （3）模型元素（模型元素（Model Element）：）：UML圖中使用的概念圖中使用的概念 就是模型元素。模型元素代表普通的面向?qū)ο蟮母拍睿褪悄Ｐ驮亍ＤＰ驮卮砥胀ǖ拿嫦驅(qū)ο蟮母拍?，?如類、對象、消息以及這些概念之間的關(guān)系。如類、對象、消息以及這些概念之間的關(guān)系。 （4）通用機制（通用機制（General Mechanism）：）：UML提供的通用提供的通用 機制為模型元素提供一些附加的信息、注釋、語義。這些機制為模型元素提供一些附加的信

13、息、注釋、語義。這些 通用機制也提供擴展機制，允許用戶對通用機制也提供擴展機制，允許用戶對UML進行擴展，以進行擴展，以 便適應(yīng)一個特定的方法便適應(yīng)一個特定的方法/過程、組織或用戶。過程、組織或用戶。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的視圖中的視圖 5種視圖：種視圖： （1）用例視圖用例視圖（Use Case View）：描述系統(tǒng)應(yīng)該交付的功能，）：描述系統(tǒng)應(yīng)該交付的功能， 是外部參與者（是外部參與者（Actor）觀察到的系統(tǒng)功能。用例視圖利用）觀察到的系統(tǒng)功能。用例視圖利用 用例圖、活動圖進行描述。用例圖、活動圖進行描述。 一個用例就是對系統(tǒng)的一個功能

14、的通用描述。一個用例就是對系統(tǒng)的一個功能的通用描述。 用例視圖是核心。系統(tǒng)的最終目標，系統(tǒng)提供的功能在用例用例視圖是核心。系統(tǒng)的最終目標，系統(tǒng)提供的功能在用例 視圖中被描述。用例視圖會對所有其他的視圖產(chǎn)生影響。視圖中被描述。用例視圖會對所有其他的視圖產(chǎn)生影響。 （2）邏輯視圖邏輯視圖（Logical View）：從系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行）：從系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行 為角度顯示如何實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，描述如何實現(xiàn)用例視圖中為角度顯示如何實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，描述如何實現(xiàn)用例視圖中 提出的那些系統(tǒng)功能，邏輯視圖注重的是系統(tǒng)的內(nèi)部。提出的那些系統(tǒng)功能，邏輯視圖注重的是系統(tǒng)的內(nèi)部。 （3）組件視圖組件視圖（Co

15、mponent View）：顯示代碼組件的組織結(jié)）：顯示代碼組件的組織結(jié) 構(gòu)，描述模塊以及它們之間的依賴關(guān)系。組件是不同類型的構(gòu)，描述模塊以及它們之間的依賴關(guān)系。組件是不同類型的 代碼模塊，通過代碼模塊的結(jié)構(gòu)和依賴關(guān)系來表示。代碼模塊，通過代碼模塊的結(jié)構(gòu)和依賴關(guān)系來表示。 （4）并發(fā)視圖并發(fā)視圖（Concurrency View）：顯示系統(tǒng)的并發(fā)性，解）：顯示系統(tǒng)的并發(fā)性，解 決并發(fā)系統(tǒng)中存在的通信和同步問題。主要考慮資源的有效決并發(fā)系統(tǒng)中存在的通信和同步問題。主要考慮資源的有效 利用、代碼的并行執(zhí)行以及系統(tǒng)環(huán)境中異步事件的處理。利用、代碼的并行執(zhí)行以及系統(tǒng)環(huán)境中異步事件的處理。 （5）部署視

16、圖部署視圖（Deployment View）：顯示系統(tǒng)的具體部署，）：顯示系統(tǒng)的具體部署， 將系統(tǒng)部署到有計算機和設(shè)備（稱之為將系統(tǒng)部署到有計算機和設(shè)備（稱之為Node）組成的物理）組成的物理 結(jié)構(gòu)上。結(jié)構(gòu)上。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖1 9種圖：種圖：用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖、用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖、 活動圖、組件圖和部署圖?；顒訄D、組件圖和部署圖。 （1）用例圖（）用例圖（Use Case Diagram） 顯示多個外部參與者（顯示多個外部參與者（Actor）以及它們與系統(tǒng)提供的用例）以及它

17、們與系統(tǒng)提供的用例 之間的連接，之間的連接，定義系統(tǒng)的功能需求定義系統(tǒng)的功能需求。 一個用例是對系統(tǒng)提供的某個功能的描述，用例只是描述一個用例是對系統(tǒng)提供的某個功能的描述，用例只是描述 系統(tǒng)活動者從外部觀察系統(tǒng)所得到的那些功能，并不描述系統(tǒng)活動者從外部觀察系統(tǒng)所得到的那些功能，并不描述 這些功能在系統(tǒng)內(nèi)部是如何實現(xiàn)的。這些功能在系統(tǒng)內(nèi)部是如何實現(xiàn)的。 一個評分系統(tǒng)的用例圖一個評分系統(tǒng)的用例圖 ： 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖2 （2）類圖（）類圖（Class Diagram） 顯示系統(tǒng)中各個顯示系統(tǒng)中各個類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類圖是靜態(tài)

18、圖。類圖是靜態(tài)圖。 類代表系統(tǒng)內(nèi)處理的事務(wù)，這些類可以多種方式連接：關(guān)類代表系統(tǒng)內(nèi)處理的事務(wù)，這些類可以多種方式連接：關(guān) 聯(lián)、依賴、特殊化或者打包。聯(lián)、依賴、特殊化或者打包。 一個類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用該類的屬性和操作表示。一個類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用該類的屬性和操作表示。 一個系統(tǒng)一般有幾個類圖，并不是所有的類都放在一個類一個系統(tǒng)一般有幾個類圖，并不是所有的類都放在一個類 圖中，一個類可以參與到多個類圖中去。圖中，一個類可以參與到多個類圖中去。 評分系統(tǒng)的類圖：評分系統(tǒng)的類圖： 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖3 （3）對象圖（）對象圖（Object Di

19、agram） 類圖的一個實體類圖的一個實體。對象圖中，對象名帶下劃線。對象圖中，對象名帶下劃線。 與類圖的區(qū)別：與類圖的區(qū)別：對象圖顯示的不是實際的類，而是類的多對象圖顯示的不是實際的類，而是類的多 個對象的實例。因此，對象圖就是類圖的一個例子，顯示個對象的實例。因此，對象圖就是類圖的一個例子，顯示 系統(tǒng)執(zhí)行時的一個可能的快照。系統(tǒng)執(zhí)行時的一個可能的快照。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖4 （4）狀態(tài)圖（）狀態(tài)圖（State Diagram） 顯示類的對象顯示類的對象可能具備的可能具備的所有狀態(tài)所有狀態(tài)，以及那些引起狀態(tài)改，以及那些引起狀態(tài)改

20、 變的事件。狀態(tài)圖是對類的描述的補充。變的事件。狀態(tài)圖是對類的描述的補充。 對象的一個事件可以是另一個對象向其發(fā)送的消息，例如對象的一個事件可以是另一個對象向其發(fā)送的消息，例如 到了某個指定的時刻，或者已經(jīng)滿足了某個條件。到了某個指定的時刻，或者已經(jīng)滿足了某個條件。 狀態(tài)的變化稱之為狀態(tài)的變化稱之為轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，一個轉(zhuǎn)換也可以有一個與之相連，一個轉(zhuǎn)換也可以有一個與之相連 的動作，后者用以指定完成該狀態(tài)轉(zhuǎn)換應(yīng)該執(zhí)行的操作。的動作，后者用以指定完成該狀態(tài)轉(zhuǎn)換應(yīng)該執(zhí)行的操作。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖5 （5）順序圖（）順序圖（Sequence

21、Diagram） 顯示多個對象之間的動態(tài)協(xié)作顯示多個對象之間的動態(tài)協(xié)作。 重點是顯示對象之間發(fā)送消息的重點是顯示對象之間發(fā)送消息的時間順序時間順序。 由多個用垂直線顯示的對象組成，圖中時間從上到下推移，由多個用垂直線顯示的對象組成，圖中時間從上到下推移， 并且順序圖顯示對象之間隨著時間的推移而交換的消息或并且順序圖顯示對象之間隨著時間的推移而交換的消息或 函數(shù)。函數(shù)。 消息用帶消息箭頭的直線表示，位于垂直對象線之間。消息用帶消息箭頭的直線表示，位于垂直對象線之間。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖6 （6）協(xié)作圖（）協(xié)作圖（Collaborat

22、ion Diagram） 顯示動態(tài)協(xié)作。顯示動態(tài)協(xié)作。 選擇順序圖還是協(xié)作圖的決定條件：選擇順序圖還是協(xié)作圖的決定條件： （1）重點強調(diào)）重點強調(diào)上下文上下文，選擇協(xié)作圖。，選擇協(xié)作圖。 （2）重點強調(diào)）重點強調(diào)時間或順序時間或順序，選擇順序圖。，選擇順序圖。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖7 （7）活動圖（）活動圖（Activity Diagram） 顯示一系列順序的活動，主要描述在一個操作內(nèi)執(zhí)行的那顯示一系列順序的活動，主要描述在一個操作內(nèi)執(zhí)行的那 些活動。些活動。 由多個動作狀態(tài)組成，這些動作狀態(tài)包含將被執(zhí)行的活動由多個動作狀態(tài)組成，這

23、些動作狀態(tài)包含將被執(zhí)行的活動 （一個動作）的規(guī)格說明。（一個動作）的規(guī)格說明。 當動作完成后，動作狀態(tài)將會改變，轉(zhuǎn)換為一個新的狀態(tài)，當動作完成后，動作狀態(tài)將會改變，轉(zhuǎn)換為一個新的狀態(tài)， 從而控制就在這些互相連接的動作狀態(tài)之間流動。從而控制就在這些互相連接的動作狀態(tài)之間流動。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖8 （8）組件圖（）組件圖（Component Diagram） 用代碼組件顯示代碼物理結(jié)構(gòu)用代碼組件顯示代碼物理結(jié)構(gòu)。 組件可以是二進制組件、源代碼組件或一個可執(zhí)行的組件。組件可以是二進制組件、源代碼組件或一個可執(zhí)行的組件。 根據(jù)組件圖中顯

24、示的那些組件之間的相互依賴關(guān)系，可以很根據(jù)組件圖中顯示的那些組件之間的相互依賴關(guān)系，可以很 容易地分析出其中某個組件的變化將會對其他組件產(chǎn)生什么容易地分析出其中某個組件的變化將會對其他組件產(chǎn)生什么 樣的影響。樣的影響。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的圖中的圖9 （9）部署圖（）部署圖（Deployment Diagram） 顯示系統(tǒng)中的顯示系統(tǒng)中的硬件和軟件的物理結(jié)構(gòu)硬件和軟件的物理結(jié)構(gòu)。 可以顯示實際的計算機和設(shè)備（或者可以顯示實際的計算機和設(shè)備（或者Node），它們之間必），它們之間必 要的連接、連接的類型。要的連接、連接的類型。 也可以顯示組件

25、之間的依賴關(guān)系。也可以顯示組件之間的依賴關(guān)系。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的模型元素中的模型元素 模型元素：模型元素：在在UML各種圖中使用的概念。各種圖中使用的概念。 一個模型元素是用語義、該元素的正式定義或者一個模型元素是用語義、該元素的正式定義或者 用一條明確的語句中該元素所代表的準確意義來用一條明確的語句中該元素所代表的準確意義來 定義的。定義的。 一個模型元素也有一個與之相對應(yīng)的視圖元素，一個模型元素也有一個與之相對應(yīng)的視圖元素， 這些視圖元素是模型元素的圖形表示或者在這些視圖元素是模型元素的圖形表示或者在UML 圖中表示元素的圖形符號。

26、圖中表示元素的圖形符號。 常用的模型元素：類、對象、狀態(tài)、節(jié)點、包和常用的模型元素：類、對象、狀態(tài)、節(jié)點、包和 組件等。組件等。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 模型元素對應(yīng)的視圖元素模型元素對應(yīng)的視圖元素 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 模型元素中的關(guān)系模型元素中的關(guān)系 關(guān)系：關(guān)系：模型元素之間的相互連接。模型元素之間的相互連接。 UML中定義的關(guān)系：中定義的關(guān)系： （1）泛化泛化（Generalization）：一個元素是另一個元素的特化，）：一個元素是另一個元素的特化， 也稱為繼承關(guān)系。也稱為繼承關(guān)系。 （2）關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)（As

27、sociation）：類實例之間連接的描述。）：類實例之間連接的描述。 （3）聚合聚合（Aggregation）：一種關(guān)聯(lián)的形式，一個元素包含）：一種關(guān)聯(lián)的形式，一個元素包含 其他一些元素。其他一些元素。 （4）依賴依賴（Dependency）：兩模型之間的關(guān)系，顯示一個元）：兩模型之間的關(guān)系，顯示一個元 素在某種程度上依賴于另一元素。素在某種程度上依賴于另一元素。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 UML中的通用機制中的通用機制 UMLUML在所有的圖形中都使用一些通用機制來描述圖在所有的圖形中都使用一些通用機制來描述圖 的附加信息。的附加信息。 通用機制包括通

28、用機制包括三個方面的內(nèi)容：三個方面的內(nèi)容：修飾、注解、規(guī)修飾、注解、規(guī) 格說明。格說明。 UMLUML提供的這些視圖和圖為系統(tǒng)的分析、設(shè)計、建提供的這些視圖和圖為系統(tǒng)的分析、設(shè)計、建 模提供了多種圖形表達形式，可應(yīng)用于開發(fā)的不模提供了多種圖形表達形式，可應(yīng)用于開發(fā)的不 同階段，它們的有機結(jié)合可以構(gòu)建一個完整而一同階段，它們的有機結(jié)合可以構(gòu)建一個完整而一 致的系統(tǒng)。致的系統(tǒng)。 下面針對車載下面針對車載GPSGPS終端說明終端說明UMLUML在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 中的具體應(yīng)用。中的具體應(yīng)用。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端系統(tǒng)終端系統(tǒng)

29、 GPS導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)是以全球是以全球24顆定位人造衛(wèi)星顆定位人造衛(wèi)星 為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位 置、三維速度等信息的一種無線電導航定置、三維速度等信息的一種無線電導航定 位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制 部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通 訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由訊輔助系統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆顆 衛(wèi)星組成，分布在衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面。三是用個軌道平面。三是用 戶裝置部分，由戶裝置部分，由GPS接收機和衛(wèi)星天線組接收機和衛(wèi)星天線組 成。現(xiàn)在民用

30、的定位精度可達成。現(xiàn)在民用的定位精度可達10米內(nèi)。米內(nèi)。 汽車電子導航系統(tǒng)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)汽車電子導航系統(tǒng)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) （GPS）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型技術(shù)。它）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型技術(shù)。它 的原理的原理GPS是一種能接收定位衛(wèi)星信號，是一種能接收定位衛(wèi)星信號， 經(jīng)過微處理器計算出汽車所在精確經(jīng)度和經(jīng)過微處理器計算出汽車所在精確經(jīng)度和 緯度以及汽車速度和方向，并在顯示器上緯度以及汽車速度和方向，并在顯示器上 顯示出來的一種裝置。顯示出來的一種裝置。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端系統(tǒng)終端系統(tǒng) 汽車導航系統(tǒng)可為司機提供最準確、最及時、

31、高汽車導航系統(tǒng)可為司機提供最準確、最及時、高 靈敏度精確定位的專業(yè)導航地圖，擁有詳實全面靈敏度精確定位的專業(yè)導航地圖，擁有詳實全面 的單雙向、禁轉(zhuǎn)方向、立交橋，高速路等各種交的單雙向、禁轉(zhuǎn)方向、立交橋，高速路等各種交 通道路信息，導航器在設(shè)定路線時，會自動遵照通道路信息，導航器在設(shè)定路線時，會自動遵照 交通規(guī)則，避免違章。人性化的操作界面是導航交通規(guī)則，避免違章。人性化的操作界面是導航 的特點之一。大屏觸摸控制，方便，快捷。使用的特點之一。大屏觸摸控制，方便，快捷。使用 過程中，輸入目的地的方式多樣，可以幫助您在過程中，輸入目的地的方式多樣，可以幫助您在 最短的時間內(nèi)找到目的地，其中的多路徑選

32、擇，最短的時間內(nèi)找到目的地，其中的多路徑選擇， 推薦道路，高速優(yōu)先，距離優(yōu)先等形式協(xié)助司機推薦道路，高速優(yōu)先，距離優(yōu)先等形式協(xié)助司機 能夠選擇最佳路線開始行程。導航開始后，司機能夠選擇最佳路線開始行程。導航開始后，司機 可根據(jù)語音提示進行轉(zhuǎn)向，避免行車過程中分散可根據(jù)語音提示進行轉(zhuǎn)向，避免行車過程中分散 駕駛者的注意力，實現(xiàn)安全導航。即使錯過方向，駕駛者的注意力，實現(xiàn)安全導航。即使錯過方向， 也不用擔心，導航器可以重新計算路徑，確保萬也不用擔心，導航器可以重新計算路徑，確保萬 無一失。即使在完全陌生的城市穿行，也能以最無一失。即使在完全陌生的城市穿行，也能以最 快速度到達想去的地方?？焖俣鹊竭_

33、想去的地方。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端系統(tǒng)簡介終端系統(tǒng)簡介 GPSGPS：全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（Global Position SystemGlobal Position System）。）。 車載車載GPSGPS終端：終端：置于機動車內(nèi)的實時定位裝置。置于機動車內(nèi)的實時定位裝置。 應(yīng)用對象：應(yīng)用對象：需要定位、調(diào)度的車隊。需要定位、調(diào)度的車隊。車輛可以通過終端和車輛可以通過終端和 GPSGPS衛(wèi)星進行實時、準確的定位，并能夠通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星進行實時、準確的定位，并能夠通過無線通訊網(wǎng)絡(luò) 上報遠程的車輛控制中心系統(tǒng)上報遠程的車輛

34、控制中心系統(tǒng)。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端需求分析終端需求分析 可以使用用例圖進行功能上的需求分析?？梢允褂糜美龍D進行功能上的需求分析。 用例圖分角色（用例圖分角色（Actor）和案例（）和案例（Case）兩部分。）兩部分。 角色：角色：與系統(tǒng)交互的人或物。與系統(tǒng)交互的人或物。 車載車載GPS終端角色：終端角色：車輛調(diào)度中心用戶和車載終端用戶。車輛調(diào)度中心用戶和車載終端用戶。 案例：案例：系統(tǒng)提供的功能塊。系統(tǒng)提供的功能塊。 使用用例圖觀察系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)實現(xiàn)與系統(tǒng)目標分開，有使用用例圖觀察系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)實現(xiàn)與系統(tǒng)目標分開，有 助于開發(fā)人員

35、了解最重要的部分，滿足用戶需求，而不只助于開發(fā)人員了解最重要的部分，滿足用戶需求，而不只 是著眼于實現(xiàn)的具體細節(jié)。是著眼于實現(xiàn)的具體細節(jié)。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端終端規(guī)格說明規(guī)格說明1 1 規(guī)格說明要求比需求分析更加詳細，通過規(guī)格說明要求比需求分析更加詳細，通過UML設(shè)計可以設(shè)計可以 使規(guī)格說明更直觀、更清晰。使規(guī)格說明更直觀、更清晰。 （1）使用類圖描述系統(tǒng)所要處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。）使用類圖描述系統(tǒng)所要處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 例如在車載例如在車載GPS終端的規(guī)格說明設(shè)計時可以使用類圖描述終端的規(guī)格說明設(shè)計時可以使用類圖描述 需要接收的需要接收

36、的GPS衛(wèi)星信號。衛(wèi)星信號。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端終端規(guī)格說明規(guī)格說明2 2 （2）在規(guī)格說明階段，還需要識別出系統(tǒng)的對象。）在規(guī)格說明階段，還需要識別出系統(tǒng)的對象。 首先以功能塊劃分，廣泛地找出系統(tǒng)的主要對象；首先以功能塊劃分，廣泛地找出系統(tǒng)的主要對象； 然后使用協(xié)作圖描述它們之間的關(guān)系。然后使用協(xié)作圖描述它們之間的關(guān)系。 下圖描述了車載下圖描述了車載GPS終端的主要對象，根據(jù)框圖可以進行終端的主要對象，根據(jù)框圖可以進行 進一步的細化。進一步的細化。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終

37、端終端規(guī)格說明規(guī)格說明3 3 （3）在規(guī)格說明階段還需要進行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)描述，即規(guī)范系）在規(guī)格說明階段還需要進行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)描述，即規(guī)范系 統(tǒng)完成一定功能的主要流程。統(tǒng)完成一定功能的主要流程。 可以利用活動圖進行描述。可以利用活動圖進行描述。 下圖顯示了當下圖顯示了當GPS數(shù)據(jù)到達時，車載數(shù)據(jù)到達時，車載GPS終端系統(tǒng)所進行終端系統(tǒng)所進行 的處理流程。的處理流程。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)終端系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 規(guī)格說明完成后，需要對系統(tǒng)的各個模塊及模塊規(guī)格說明完成后，需要對系統(tǒng)的各個模塊及模塊 之間的關(guān)系仔細地分析，從而確定哪些部分

38、使用之間的關(guān)系仔細地分析，從而確定哪些部分使用 硬件完成，哪些部分使用軟件實現(xiàn)。硬件完成，哪些部分使用軟件實現(xiàn)。 在本例中，需要在本例中，需要硬件實現(xiàn)的模塊：硬件實現(xiàn)的模塊：電源模塊、電源模塊、 GPS接收模塊、接收模塊、LCD顯示模塊、用戶控制模塊和顯示模塊、用戶控制模塊和 GSM通信模塊。通信模塊。 所有的控制邏輯和數(shù)據(jù)計算全部由主控制器模塊所有的控制邏輯和數(shù)據(jù)計算全部由主控制器模塊 的軟件實現(xiàn)。的軟件實現(xiàn)。 系統(tǒng)設(shè)計分為系統(tǒng)設(shè)計分為兩個部分：兩個部分：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 使用使用UML的協(xié)作圖和組件圖對系統(tǒng)的硬、軟件分的協(xié)作圖和組件圖對系統(tǒng)的硬、軟件分 別進行系統(tǒng)設(shè)計。別進行系統(tǒng)設(shè)計。 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端軟件系統(tǒng)架構(gòu)終端軟件系統(tǒng)架構(gòu) 計算機科學與技術(shù)學院計算機科學與技術(shù)學院 Z 吉林大學吉林大學 車載車載GPS終端構(gòu)件設(shè)計終端構(gòu)件設(shè)計1 對于某些工程，甚至需要把每一個構(gòu)件作為一個項目，重對于某些工程，甚至需要把每一個構(gòu)件作為一個項目，重 新以需求分析、規(guī)格說明開始展開