基于uml的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于uml的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來(lái)，數(shù)字家電、汽車(chē)電子、音樂(lè)音樂(lè)器、數(shù)字集成的需求日益增長(zhǎng)。嵌入式軟件（embedd軟件）系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，相關(guān)接口也越來(lái)越多。這種軟硬件結(jié)合的項(xiàng)目（硬件co設(shè)計(jì)）需要來(lái)自不同技術(shù)背景的人員進(jìn)行合作。這些技術(shù)背景和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員應(yīng)該如何合作，以解決這個(gè)問(wèn)題。uml可以解決這個(gè)問(wèn)題。統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML(UnifiedModelingLanguage）采用一種簡(jiǎn)單而直觀的圖形化方式描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各個(gè)問(wèn)題和細(xì)節(jié)。不同技術(shù)背景的設(shè)計(jì)師只需懂得UML符號(hào)就可以與對(duì)方交流、共同設(shè)計(jì)。本文將重點(diǎn)討論如何在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用UML技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例“微波爐小燈”演示采用UML的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。1u型建模1.1uml的基本概念1.1.1UML事物UML中事物是實(shí)體抽象化的最終結(jié)果，是模型中的基本成員，UML中包含結(jié)構(gòu)事物、行為事物、分組事物和注釋事物。1.1.2模型中的使用圖是事物集合的分類(lèi)，UML中包含多種圖：1)類(lèi)圖(ClassDiagram);2)對(duì)象圖(ObjectDiagram);3)包圖(PackageDiagram);4)組件圖(CompomentDiagram，也稱(chēng)構(gòu)件圖)；5)部署圖(DeploymentDiagram);6)用例圖(UsecaseDiagram);7)時(shí)序圖(SequenceDiagram);8)協(xié)作圖(CollaborationDiagram);9)狀態(tài)圖(StatechartDiagram);10)活動(dòng)圖(ActivityDiagram)。由于篇幅原因，本文將結(jié)合一個(gè)需求非常簡(jiǎn)單的“微波爐小燈”的實(shí)例，給出幾個(gè)重要的圖。本文介紹的圖采用業(yè)界使用最廣泛的UML建模工具RationalRose。RationalRose為團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)和規(guī)范的開(kāi)發(fā)過(guò)程管理提供了良好的支持。1.2系統(tǒng)靜態(tài)模型的建立從應(yīng)用的角度上來(lái)講，面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)一般需要完成如下工作：1)描述需求；2)根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型；3)建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型：即描述系統(tǒng)的行為。1.2.1微波門(mén)單一，關(guān)上門(mén)“微波爐小燈”的實(shí)例需求很簡(jiǎn)單，即微波爐里有個(gè)小燈，微波爐門(mén)打開(kāi)時(shí)，它就亮起來(lái)，一旦關(guān)上門(mén)，就熄掉了。本文將根據(jù)此需求說(shuō)明，采用UML設(shè)計(jì)一個(gè)控制程序來(lái)感應(yīng)微波爐對(duì)象的狀態(tài)變化，并且觸發(fā)小燈對(duì)象的狀態(tài)變化。1.2.2開(kāi)微波與關(guān)微波用例圖（UseCaseDiagram):UML的UseCase圖1描述User對(duì)整體系統(tǒng)的功能需求，本例中，User會(huì)有兩項(xiàng)動(dòng)作———“開(kāi)微波爐”與“關(guān)微波爐”，而且期待開(kāi)微波爐時(shí)會(huì)亮小燈，關(guān)微波爐時(shí)小燈會(huì)自動(dòng)熄掉。類(lèi)圖（ClassDiagram）：如圖2，類(lèi)是OOD中一個(gè)重要概念。軟件組件的模塊通稱(chēng)為組件的類(lèi)(Class),OOD設(shè)計(jì)理念是程序指令寫(xiě)在類(lèi)里，其所檢驗(yàn)測(cè)試的對(duì)象都是類(lèi)，等到電腦執(zhí)行時(shí)才由電腦在內(nèi)存中定義實(shí)體組件(對(duì)象)。1.2.3開(kāi)微波過(guò)程中的小燈亮發(fā)運(yùn)行建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型實(shí)質(zhì)就是描述系統(tǒng)的行為。時(shí)序圖（SequenceDiagram）：圖3這個(gè)時(shí)序圖反映了開(kāi)微波爐過(guò)程中觸發(fā)小燈亮的詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4(StatechartDiagram）：對(duì)對(duì)象行為做詳細(xì)的描述。就小燈而言，消息的傳達(dá)是個(gè)事件(Event)，這事件令小燈改變狀態(tài)(亮或熄)。2雙項(xiàng)目2.1ra系統(tǒng)開(kāi)發(fā)RationalRose中可實(shí)現(xiàn)正向（為模型產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，即程序框架）、逆向（從用戶(hù)原來(lái)的軟件系統(tǒng)導(dǎo)出該系統(tǒng)的模型）和雙向工程（實(shí)現(xiàn)模型和代碼之間的循環(huán)工程），從而保證模型與代碼的高度一致，這個(gè)功能意味著降低了開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)程序的復(fù)雜度和工作量。RationalRose支持C++、VisualC++、Java、Smalltalk、Ada、VisualBasic、PowerBuilder等語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具，并能為CORBA應(yīng)用生成接口定義語(yǔ)言（IDL），為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用生成數(shù)據(jù)庫(kù)描述語(yǔ)言（DDL）等。RationalRose默認(rèn)支持的語(yǔ)言是Java。本例中，在完成了“微波爐小燈”類(lèi)圖制作后，選擇菜單“Tools”→“Java/J2EE”→“generatecode”即可生成Java代碼，當(dāng)原建模文件更新時(shí)，代碼會(huì)同步更新。2.2開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)的功能前面所述正向工程雖然只是得到了代碼框架，實(shí)現(xiàn)功能部分的代碼仍需開(kāi)發(fā)人員輸入。隨著軟件功能的實(shí)現(xiàn)及新的用戶(hù)需求的加入，原建模文件在需要更新時(shí)，可不需要重新畫(huà)圖，只需進(jìn)行逆向工程操作即可。本例中，在完成了“微波爐小燈”代碼后，選擇菜單“Tools”→“Java/J2EE”→“reverseengineer”即可生成新的建模文件。3architector系統(tǒng)架