摘 要 近年来，在嵌入式领域中缺少一个老练的始终一贯的方式化开发办法，这已成为限制嵌入式体系开展的瓶颈之一。本文结合一致建模言语UML，对嵌入式体系开发办法进行了有利的探究研讨，提出了一种依据UML的适合于嵌入式体系的方式化开发办法，并以嵌入式长途温度监控体系为例，验证了该办法的可行性和有用性。
要害词 UML，嵌入式体系，方式化开发办法
中图分类号： TP31 文献标明码： A
1 导言
跟着信息产业和微电子技能的开展，嵌入式体系的功用日渐强壮，结构也更加杂乱，传统的嵌入式开发办法已不能满意开发要求,人们开端测验用一些方式化的开发办法进行开发。一种适合于嵌入式体系的方式化开发办法，不仅能缩短嵌入式体系开发的周期，还能削减开发本钱，进步体系质量。本文结合一致建模言语UML，提出一种嵌入式体系可视化开发办法，并将其实践运用到了嵌入式长途温度监控体系的开发进程中，验证了该办法的可行性和有用性。
2 依据UML 的嵌入式体系可视化开发办法
2.1 一致建模言语UML
UML(Unified Modeling Language) 是一种界说杰出、易于表达、功用强壮且遍及适用的面向目标和依据构件的体系建模言语。它扩展了现有办法的运用规模，不仅可树立软件体系的模型，还可树立非软件体系的模型，可广泛用于描绘体系软件、嵌入式体系、企业组织或事务进程等。 UML由图、视图、模型元素、通用机制和扩展机制等几个部分组成 [2] 。其间图是UML建模的要害，依据图在体系开发进程中不同阶段的运用，能够分为用例图、静态图、行为图、交互图、完成图等五类，这些图为体系的开发供给了多种图形表达方式，运用于建模的不同阶段。
2.2 将UML 言语运用于嵌入式体系开发的优势
跟着嵌入式体系的日趋杂乱化，较多的体系都需求由一个团队一起完成，因而，团队成员之间的彼此合作，软硬件之间的协同开发，甚至开发人员和客户之间的沟通都需求有一个一致的规范作为根底。UML正是这样一种规范的体系建模言语。它具体描绘体系的内容和作业办法，先进行体系建模后再编写代码，在开端阶段就确保了体系结构的合理性。UML体系模型包含许多不同框图，使项目小组能够从不同视点了解整个体系。别的,UML能够用一致的方式体现软件和硬件，支撑循环迭代并可屡次修正软硬件计划直到满意要求，可完成软硬件协同规划。 特别的，UML是一种言语，不是办法，它独立于开发进程 [3] ，所以咱们能够结合UML言语提出一套针对嵌入式体系的开发进程，从而为嵌入式体系的开发供给一条新的途径。
2.3 依据UML 的嵌入式体系可视化开发办法
文中提出的依据UML的嵌入式体系开发办法支撑需求、剖析、规划、完成、测验的循环迭代，运用面向目标思维，经过细化剖析和规划阶段的进程，使得整个进程更有条理、充沛，更适合于多使命的嵌入式体系开发。办法的需求、剖析、规划进程被细化后别离包含了以下几个进程：
· 需求阶段明晰了体系所要完成的功用以及所要到达的功用，是整个体系开发的方针。
功用性需求：明晰体系应该供给什么功用。
非功用性需求：明晰体系的特定特性或许束缚。
· 剖析阶段首要是精化和结构化需求，清楚地描绘体系内部，是规划阶段的根底。分为两个进程：
体系架构剖析：运用面向目标技能描绘体系的静态结构。
体系行为剖析：从动态的视点描绘体系的目标间彼此作用的特性。
· 规划阶段是在对体系各方面有了解的根底上来确认特定的解决计划。分为两个进程：
分层结构规划：确认了具体完成时软件和硬件的最佳分界。
具体规划：在软件方面是深化到了体系低层信息，如操作的特色、类的流程等；硬件方面则是到了规划具体电路板的阶段。
本办法运用面向目标的概念将体系分成了彼此相关却又较独立的模块，一方面便利了体系开发时的迭代进程以及体系的后期保护，规划人员能够依据不同的新的需求对各个进程中相应部分进行调整来完成改善，这样就能够很多削减重复剖析或规划的进程；另一方面，目标概念能够和嵌入式体系中的使命概念很好的映射起来。使命可看成是由一个或多个目标协作而成的，在剖析、规划进程中建立目标的一起也就确认了体系的多个使命，为嵌入式体系的多使命特性供给了很好的支撑。
本文后续部分将以嵌入式长途温度监控体系为例，简略论述和验证此办法。
3 体系需求
3.1 功用性需求
功用性需求是体系功用的陈说。在UML中是运用用例图来描绘体系功用的。如图1所示，体系大致由下述几个人物和用例组成:
三个人物：数字式测温仪，Internet远端用户，本地用户。
五个用例：当时温度信息显现、更改最高戒备温度、更改最低戒备温度、修正测温仪作业状况以及登陆服务器（身份验证）。
以上的各个用例仅仅对体系功用的大致区分，首要意图是为后边的体系剖析作根底。
3.2 非功用性需求
非功用性需求是体系的特定特性。本体系的非功用性需求是：
温度丈量规模要求0-400℃，显现精度 为0.2℃。
在工业现场，长途监控体系对数字式测温仪完成无线监控。
长途监控体系为Internet远端用户供给一致敞开的渠道，
长途监控体系每秒自动更新供给给用户的温度信息。
长途监控体系也为本地用户供给友爱的人机交互界面。
能够看出，这些非功用性需求为确认体系的结构和体系选用的技能等进行了束缚。
4 体系剖析
在体系剖析阶段，经过细化和结构化体系需求，可将体系需求转换成体系中的结构、类、目标和联系等实体元素，并从静态和动态两个视点来清楚描绘这些实体元素。
4.1 体系结构剖析
体系结构剖析是对体系元素静态的描绘，它在体系需求的根底上确认体系的整体架构及内部目标。
首先用布置图来描绘体系的物理架构，如图2所示，其间带有暗影的为处理器，未带有暗影的是外部设备；体系选用了现在长途监控体系中比较盛行的浏览器/服务器形式（B/S）。这样体系的4个功用用例都将首要由嵌入式Web服务器完成。此外，依据非功用性需求中的无线监控束缚，在工控现场，运用了蓝牙技能。
然后用类图来描绘体系静态的目标结构及其彼此联系。从用例图(图1)中咱们可分解出一些类，并将这些类之间的结构描绘出来。比如从远端用户的“登录服务器”用例就可分解出嵌入式Web服务器中的网卡、TCP/IP、HTTP类，本地用户的“登录服务器”用例则可分解出嵌入式Web服务器中的键盘、显现器和本地监控等类。顺次略推在嵌入式Web 服务器中共界说了网卡、TCP/IP、HTTP、蓝牙模块、键盘、显现屏、本地监控、数据处理等类。
每个类能够设置特色和操作，但咱们在这个进程中并没有界说，而仅仅是对嵌入式Web服务器的 目标结构作静态描绘，类的特色和操作的界说将跟着完好的类图在后文中呈现。
4.2 体系行为剖析
体系行为剖析便是从多个视点来描绘所研讨体系的动态部分。咱们可用状况图描绘体系的状况行为，然后依据体系内部所具有的行为来界说和精化类的操作，别的也可用次序图和协作图从不同的视点来显现动态的信息流。
这儿选用嵌入式Web服务器的状况图来简略阐明（如图3所示）。依据嵌入式体系的特色，在此处，状况图不光包含嵌套层次结构状况的概念，还可用并发的概念来表明那些能够和其他状况一起处于活动状况的独立状况，图顶用虚线表明。
图 3 嵌入式Web服务器状况图
5 体系规划
规划阶段是在对体系各方面都有充沛了解的根底上确认特定的解决计划。
5.1 层次结构规划
咱们在体系的剖析阶段，一向运用一致的标识来描绘体系，但体系具体完成时仍是需求将软、硬件分隔完成，所以咱们要在体系规划阶段对软硬件层次进行区分。若这次的区分终究不能满意要求，也能够经过迭代在今后的循环中测验多种计划，直到满意要求。
在体系结构剖析顶用类图所作的一致描绘涵盖了软件层和硬件层一起组成的体系结构，一切软件层和硬件层都是由类图中提取而来的，但类图中既可由软件完成又可由硬件供给的一部分内容则要依据功用、价格、标准巨细等因从来加以挑选。如本体系中TCP/IP协议栈的完成，就即可经过软件编程，也可挑选购买供给 TCP/IP协议栈的网卡芯片，相比较而言，自带TCP/IP协议栈的网卡芯片供给的功用更高、更安稳，但本钱也较高，但本体系对网络完成并没有特别高的要求，所以从本钱上考虑，仍是挑选了软件完成TCP/IP协议栈。这样，TCP/IP协议栈也就将在软件层中描绘而不在硬件层中呈现。
这儿用布置图描绘的体系硬件层（如图4），它将类图中的数据处理目标，即软件层中的操作体系所具有的使命映射到了处理器的各个线程，而且还设置了每个线程的优先级。而蓝牙模块所带的操作：蓝牙底层协议，表明蓝牙底层协议是由蓝牙模块硬件完成的。体系的软件层也能够经过组件图来描绘。
5.2 具体规划
具体规划是一次循环中需求、剖析、规划的最终一步，指定了细节问题，明晰了单个目标的规模、内数据结构和算法的完成等。
从前已对类的特色和操作作了界说，而在具体规划中，为了编写代码，有必要对每个类中界说的操作的各个特色（包含它的类型和初始值等）添补完好。因为此刻的类图是为软件编程预备的，所以应依据体系结构规划进程中组件图的内容从头进行收拾，保存并细化由软件完成的一切类。完好的类图如图5所示。
按照这些类的行为流程图，在编程阶段就能够简单的完成代码，而且因为有了一致的规划决议计划， 即使是由不同的编程人员编写，最终的代码体现出的思路都是迥然不同的，也便利非开发人员了解 和保护体系。
6 结束语
经过对UML言语的剖析，文中提出了一种依据UML的嵌入式体系可视化开发办法，并实践运用到嵌入式长途温度监控体系的开发进程中。此办法面向目标，进程明晰流通，并悉数由UML的一致规范符号加以描绘，有用的进步了体系的开发功率，也有利于体系今后的保护和晋级。
参考文献
[1] Bruce Powel Douglass 著 . 《实时UML——开发嵌入式体系高效目标（第2版）》.中国电力出版社，2003年12月
[2] Wendy Boggs, Michael Boggs著，邱仲潘 等译 . UML与Rational Rose 2002从入门到通晓. 2002年7月，电子工业出版社，北京
[3] 唐英，李志蜀 . 运用UML剖析规划嵌入式体系 . 计算机运用研讨，2002年，5，p117-p120
