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嵌入式系統設計中UML的應用論文
摘要：隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統被廣泛應用到社會(huì )生產(chǎn)中。嵌入式計算機系統與普通的個(gè)人計算機系統存在很大區別，它具有節約成本、可靠性高等優(yōu)勢，主要被用于工廠(chǎng)生產(chǎn)設備、大型器件等的控制與監視。而隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )對生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，因此，需要開(kāi)發(fā)一個(gè)更加高效的嵌入式系統�；诖�，通過(guò)運用UML語(yǔ)言，對嵌入式系統進(jìn)行設計，以尋求更高效的，符合社會(huì )生產(chǎn)需求的計算機嵌入式系統。
關(guān)鍵詞：計算機技術(shù)；嵌入式系統；UML語(yǔ)言
UML語(yǔ)言又被稱(chēng)為標準建模語(yǔ)言，主要是被用來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)與支持模型化的計算機圖形化的語(yǔ)言。在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以通過(guò)標準建模語(yǔ)言提供的可視化與模型化支撐進(jìn)行軟件規格、配置及構造的最優(yōu)化。與此同時(shí)，它還是一種易于表達、功能強大、定義良好的建模語(yǔ)言，基于這些優(yōu)勢，將UML語(yǔ)言應用到嵌入式系統的開(kāi)發(fā)設計中，能實(shí)現目前用戶(hù)對該系統的功能、體積、功耗及可靠性的要求。
1嵌入式系統應用背景的產(chǎn)生
嵌入式系統是基于計算機技術(shù)，融合了電子技術(shù)、半導體技術(shù)，并對應用領(lǐng)域實(shí)際需求產(chǎn)生的一種具有功能強大、可塑性強及應用廣泛的知識集成系統。由于該系統自身的優(yōu)勢，因此，被廣泛應用于技術(shù)、資金密集的工業(yè)生產(chǎn)中。目前，市場(chǎng)中的電子產(chǎn)品、汽車(chē)、數碼等都應用了嵌入式系統進(jìn)行生產(chǎn)。嵌入式系統最早形成時(shí)還形不成“系統”概念，因為最初的嵌入式系統主要是依靠單片機運行的，只能執行單線(xiàn)程的工作程序[1]。隨著(zhù)計算機技術(shù)及商業(yè)社會(huì )的發(fā)展需求，嵌入系統初步形成，可以運用計算機嵌入式系統進(jìn)行應用軟件的編輯，執行任務(wù)管理和內存管理等功能。發(fā)展到至今，嵌入式系統已經(jīng)可以實(shí)現實(shí)時(shí)的多任務(wù)操作，成為目前應用軟件開(kāi)發(fā)的主流，發(fā)展與應用前景廣闊。
2UML語(yǔ)言及其框圖的應用模式分析
UML語(yǔ)言是一種應用于計算機系統編程的可視化建模語(yǔ)言，在具體應用操作中可以實(shí)現滿(mǎn)足用戶(hù)對系統需求的刻畫(huà)、分析、設計集成以及實(shí)現和測試，實(shí)現系統功能的構建更加合理[2]。UML建模語(yǔ)言可以將建立的模型數據信息運用標準的圖形元素直觀(guān)地展示在用戶(hù)、測試人員、管理人員以及開(kāi)發(fā)人員或是其他項目相關(guān)人員面前，使他們可以對系統的功能、結構設計進(jìn)行更好的交流，實(shí)現對系統的良好構建。目前，市場(chǎng)上最為常用的建模語(yǔ)言主要有Booch、OMT及UML三種語(yǔ)言，相較于其他兩種建模語(yǔ)言來(lái)講，UML語(yǔ)言更加簡(jiǎn)化，操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣泛，因此，被許多企業(yè)采用。UML語(yǔ)言不僅可以對靜態(tài)的結構進(jìn)行建模，還可以對具有動(dòng)態(tài)行為的系統進(jìn)行建模，因此，適用于系統的全部開(kāi)發(fā)階段。UML語(yǔ)言是一種可視化的建模語(yǔ)言，因此，該語(yǔ)言中的所有語(yǔ)素都是由一個(gè)個(gè)的框圖組成的。系統設計人員應用在UML語(yǔ)言時(shí)，就是通過(guò)對框圖的描述來(lái)實(shí)現對整個(gè)系統的設計。UML語(yǔ)言的框圖有很多種，現針對幾種主要框圖進(jìn)行分析。BusinessUseCase框圖與UseCase：這兩種框圖所對應的語(yǔ)素不同，BUC框圖所代表的語(yǔ)素主要是對整個(gè)系統的機構功能進(jìn)行描述；而UC框圖則主要是根據用戶(hù)對系統的需求，進(jìn)行系統功能描述。因此，經(jīng)常被用來(lái)與客戶(hù)之間進(jìn)行交流，提取有效建構信息。Class框圖：此種框圖是一種靜態(tài)圖，代表語(yǔ)素主要被用來(lái)對系統中的類(lèi)進(jìn)行描述。通過(guò)對該框圖的觀(guān)察，可以清楚地了解系統中類(lèi)的內容、功能以及結構關(guān)系。StateChart框圖：該框圖主要被用來(lái)對建模對象的狀態(tài)及各個(gè)建模對象之間的轉換關(guān)系進(jìn)行描述，主要用來(lái)提供建模系統的動(dòng)態(tài)功能[3]。此種框圖在實(shí)際應用中被廣泛運用到系統的實(shí)際建立中，可以生成系統構建所需的全部代碼。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(shí)主要以時(shí)間順序進(jìn)行，而Collaboration框圖則是針對系統角色與顯示對象之間的交互進(jìn)行著(zhù)重描述。通過(guò)Collaboration框圖，可以讓系統建筑師與質(zhì)量保證工程師及時(shí)了解分析對象的分布情況，若出現不合理狀況，系統建筑師便可及時(shí)進(jìn)行調整或重新分配。UML語(yǔ)言中包含的這些框圖，在進(jìn)行系統設計、建模以及分析的過(guò)程中，會(huì )提供多種不同的圖片表達形式，因此，可以用在系統開(kāi)發(fā)的不同階段。將UML語(yǔ)言中的這些框圖應用在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中，通過(guò)它們之間的有機結合可以構建出一個(gè)功能完整、一致的高效系統。
3UML語(yǔ)言在嵌入式系統中的有效應用
3.1以車(chē)載GPS終端為例
嵌入式系統在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應用，在本文中，我們以車(chē)載GPS終端為例進(jìn)行UML語(yǔ)言在嵌入式統中的有效應用研究[4]。機動(dòng)車(chē)的車(chē)載GPS終端是用來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的裝置，被廣泛應用在出租車(chē)或運輸車(chē)這類(lèi)需要進(jìn)行調度、定位的車(chē)隊中。該終端的功能實(shí)現主要通過(guò)車(chē)載GPS終端與衛星進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號傳輸，實(shí)現對機動(dòng)車(chē)位置的掌握，進(jìn)而進(jìn)行準確定位。準確定位后，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )將機動(dòng)車(chē)位置反饋給遠程的中心系統。此時(shí)，中心指揮系統就可以清楚掌握終端反饋的位置信息，實(shí)現對機動(dòng)車(chē)的遠程控制與跟蹤。在機動(dòng)車(chē)遇到特殊情況時(shí)，中心系統可以通過(guò)終端對車(chē)輛進(jìn)行控制，實(shí)現車(chē)隊的正常運行。與此同時(shí)，若是車(chē)輛遇到險情，車(chē)載終端還可以起到電話(huà)功能，進(jìn)行遠程報警。
3.2進(jìn)行嵌入式設計時(shí)對UML語(yǔ)言的需求分析
運用UML語(yǔ)言對嵌入式車(chē)載GPS終端系統需求進(jìn)行分析時(shí)，可以通過(guò)UseCase框圖進(jìn)行系統功能分析。UseCase框圖在進(jìn)行系統功能表達時(shí)，在圖中顯示的車(chē)載GPS終端系統功能需求將其分為兩部分來(lái)展示，即角色與案例。所謂的角色就是指與系統之間進(jìn)行交互的人和物，而其中的案例則是用來(lái)表示系統所提供的功能塊。通過(guò)UseCase框圖對系統進(jìn)行觀(guān)察，可以幫助人們將系統實(shí)現與系統目標進(jìn)行分離，因此，可以使系統開(kāi)發(fā)人員詳細了解系統的重要組成部分。最后，設計出的系統功能能實(shí)現用戶(hù)的需求，而不會(huì )使設計人員在系統細節實(shí)現上過(guò)多地浪費時(shí)間[5]。通過(guò)觀(guān)察UseCase框圖發(fā)現，車(chē)載GPS終端中的角色定位主要有兩類(lèi)，即車(chē)載終端的用戶(hù)與監控中心的用戶(hù)。車(chē)載終端的用戶(hù)可以通過(guò)終端進(jìn)行報警。而監控中心系統的用戶(hù)則可以通過(guò)系統查詢(xún)車(chē)輛位置信息及發(fā)送調度信息。
3.3通過(guò)UML語(yǔ)言對產(chǎn)品進(jìn)行規格說(shuō)明
對系統的規格說(shuō)明要求要比需求分析的顯示更為詳細，因此，運用UML語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統的設計，可以使系統規格說(shuō)明更加清晰與直觀(guān)。在對車(chē)載終端系統中的規格進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，首先、可以通過(guò)Class框圖進(jìn)行描述。該框圖可以對系統處理的數據結構進(jìn)行描述，對接收到的GPS衛星信號進(jìn)行描述。其次，Class框圖在進(jìn)行規格說(shuō)明時(shí)，還要將系統進(jìn)行功能模塊劃分，并且找出所有系統，對主要對象進(jìn)行識別。之后再通過(guò)UML語(yǔ)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)行規格說(shuō)明的業(yè)務(wù)描述時(shí)，也就是對規范的操作系統完成主要功能流程的顯示，此時(shí)，可以運用UML語(yǔ)言中的Activity框圖進(jìn)行展示。
4結語(yǔ)
通過(guò)對嵌入式系統開(kāi)發(fā)需求以及UML語(yǔ)言的功能進(jìn)行分析，發(fā)現利用UML語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統設計可以滿(mǎn)足提高該系統的開(kāi)發(fā)速度與產(chǎn)品質(zhì)量要求。與此同時(shí)，還可以增加系統設計的可重復使用性，實(shí)現了對系統設計的優(yōu)化及利用，滿(mǎn)足了用戶(hù)對系統的各項需求，具有廣闊的應用前景。
參考文獻
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[2]王承啟.嵌入式系統設計方法研究與嵌入式避障機器人的實(shí)現[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建模在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中的應用[J].現代電子技術(shù),2013(16)：41-44.
[5]陶明,唐路其.UML在嵌入式系統開(kāi)發(fā)中的應用[J].江西通信科技,2013(2)：7-10
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