一種基于UML的嵌入式系統(tǒng)可視化開(kāi)發(fā)方法

1 引言

　　隨著信息產(chǎn)業(yè)和微電子技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的功能日漸強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)方法已不能滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)要求,人們開(kāi)始嘗試用一些形式化的開(kāi)發(fā)方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。一種適合于嵌入式系統(tǒng)的形式化開(kāi)發(fā)方法，不僅能縮短嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期，還能減少開(kāi)發(fā)成本，提高系統(tǒng)質(zhì)量。本文結(jié)合統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML，提出一種嵌入式系統(tǒng)可視化開(kāi)發(fā)方法，并將其實(shí)際運(yùn)用到了嵌入式遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。

　　2 基于UML 的嵌入式系統(tǒng)可視化開(kāi)發(fā)方法

　　2.1 　統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML

　　UML(Unified Modeling Language) 是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的面向?qū)ο蠛?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/基于">基于構(gòu)件的系統(tǒng)建模語(yǔ)言。它擴(kuò)展了現(xiàn)有方法的應(yīng)用范圍，不僅可建立軟件系統(tǒng)的模型，還可建立非軟件系統(tǒng)的模型，可廣泛用于描述系統(tǒng)軟件、嵌入式系統(tǒng)、企業(yè)機(jī)構(gòu)或業(yè)務(wù)過(guò)程等。 UML由圖、視圖、模型元素、通用機(jī)制和擴(kuò)展機(jī)制等幾個(gè)部分組成。其中圖是UML建模的關(guān)鍵，根據(jù)圖在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不同階段的應(yīng)用，可以分為用例圖、靜態(tài)圖、行為圖、交互圖、實(shí)現(xiàn)圖等五類(lèi)，這些圖為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了多種圖形表達(dá)形式，應(yīng)用于建模的不同階段。

　　2.2 　將UML 語(yǔ)言應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的日趨復(fù)雜化，較多的系統(tǒng)都需要由一個(gè)團(tuán)隊(duì)共同完成，因此，團(tuán)隊(duì)成員之間的相互合作，軟硬件之間的協(xié)同開(kāi)發(fā)，乃至開(kāi)發(fā)人員和客戶(hù)之間的交流都需要有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)。UML正是這樣一種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)建模語(yǔ)言。它詳細(xì)描述系統(tǒng)的內(nèi)容和工作方法，先進(jìn)行系統(tǒng)建模后再編寫(xiě)代碼，在開(kāi)始階段就保證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性。UML系統(tǒng)模型包含許多不同框圖，使項(xiàng)目小組可以從不同角度了解整個(gè)系統(tǒng)。另外,UML可以用統(tǒng)一的形式表現(xiàn)軟件和硬件，支持循環(huán)迭代并可多次修改軟硬件方案直到滿(mǎn)足要求，可實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。 特別的，UML是一種語(yǔ)言，不是方法，它獨(dú)立于開(kāi)發(fā)過(guò)程 [3] ，所以我們可以結(jié)合UML語(yǔ)言提出一套針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，從而為嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供一條新的途徑。

　　2.3 　基于UML 的嵌入式系統(tǒng)可視化開(kāi)發(fā)方法

　　文中提出的基于UML的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法支持需求、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試的循環(huán)迭代，使用面向?qū)ο笏枷?，通過(guò)細(xì)化分析和設(shè)計(jì)階段的步驟，使得整個(gè)過(guò)程更有條理、充實(shí)，更適合于多任務(wù)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。方法的需求、分析、設(shè)計(jì)過(guò)程被細(xì)化后分別包括了以下幾個(gè)步驟：

　　需求階段明確了系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能以及所要達(dá)到的性能，是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。

　　功能性需求：明確系統(tǒng)應(yīng)該提供什么功能。

　　非功能性需求：明確系統(tǒng)的特定特性或者約束。

　　分析階段主要是精化和結(jié)構(gòu)化需求，清楚地描述系統(tǒng)內(nèi)部，是設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)。分為兩個(gè)步驟：

　　系統(tǒng)架構(gòu)分析：運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。

　　系統(tǒng)行為分析：從動(dòng)態(tài)的角度描述系統(tǒng)的對(duì)象間相互作用的特性。

　　設(shè)計(jì)階段是在對(duì)系統(tǒng)各方面有了解的基礎(chǔ)上來(lái)確定特定的解決方案。分為兩個(gè)步驟：

　　分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定了具體實(shí)現(xiàn)時(shí)軟件和硬件的最佳分界。

　　詳細(xì)設(shè)計(jì)：在軟件方面是深入到了系統(tǒng)低層信息，如操作的屬性、類(lèi)的流程等；硬件方面則是到了設(shè)計(jì)具體電路板的階段。

　　本方法利用面向?qū)ο蟮母拍顚⑾到y(tǒng)分成了相互關(guān)聯(lián)卻又較獨(dú)立的模塊，一方面方便了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)的迭代過(guò)程以及系統(tǒng)的后期維護(hù)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同的新的需要對(duì)各個(gè)步驟中相應(yīng)部分進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，這樣就可以大量減少重復(fù)分析或設(shè)計(jì)的過(guò)程；另一方面，對(duì)象概念可以和嵌入式系統(tǒng)中的任務(wù)概念很好的映射起來(lái)。任務(wù)可看成是由一個(gè)或多個(gè)對(duì)象協(xié)作而成的，在分析、設(shè)計(jì)過(guò)程中確立對(duì)象的同時(shí)也就確定了系統(tǒng)的多個(gè)任務(wù)，為嵌入式系統(tǒng)的多任務(wù)特性提供了很好的支持。