UML嵌入式系统设计

摘要:UML是当今最流行的标准建模语言,嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础的专用计算机系统,是软件和硬件的综合体;而嵌入式系统设计的好坏是数字商品成功的关键。本文重点讨论UML建模中重要的概念,以及如何在嵌入式系统设计中使用 UML OOD建模技术,并结合实例“微波炉小灯”演示采用 UML 的嵌入式系统设计过程。

关键词:UML;嵌入式系统;OOD建模;双向工程

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)34-9742-02

The Design on UML Embedded Systems

YU Hai-wen

(College of Information Engineering Nanchang University(Pre-Lake Campus), Nanchang 33000, China)

Abstract: UML is the the most popular standard modeling language, embedded systems are professional computer system on the centre of application and the base of computer technology, embedded systems are the integrity of software and hardware; The design's quality of embedded systems is the key of success about digital products. The paper discuss the important conception of UML,and how to use the technology of UML OOD in the design of embedded systems, then show us the steps based on the example of microwave light.

Key words: UML; embedded systems; OOD modeling; two-way engineering

近年来,数字家电、汽车电子、MP3、Smart Phone等跃居电脑产业的主流地位,数字整合的需求日益增长,嵌入式软件(Embedded Software)系统愈来愈复杂,涉及到的接口越来越多,这种软、硬件结合的协同设计(Hardware/Software Co-design)需要不同技术背景的人共同开发,如何使这些具有不同技术背景和专长的人联合开发、协同设计?UML可以解决这个问题。统一建模语言UML(Unified Modeling Language)采用一种简单而直观的图形化方式描述系统设计中的各个问题和细节。不同技术背景的设计师只需懂得UML 符号就可以与对方交流、共同设计。

本文将重点讨论如何在嵌入式系统设计中使用 UML 技术,并结合实例“微波炉小灯”演示采用 UML 的嵌入式系统设计过程。

1 UML OOD建模

1.1 UML基本概念介绍

1.1.1 UML事物

UML中事物是实体抽象化的最终结果,是模型中的基本成员,UML中包含结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。

1.1.2 UML建模图

图是事物集合的分类,UML中包含多种图:1)类图(Class Diagram);2)对象图(Object Diagram);3)包图(Package Diagram);4)组件图(Compoment Diagram,也称构件图);5)部署图(Deployment Diagram);6)用例图(Usecase Diagram);7)时序图(Sequence Diagram);8)协作图(Collaboration Diagram);9)状态图(Statechart Diagram);10)活动图(Activity Diagram)。

由于篇幅原因,本文将结合一个需求非常简单的“微波炉小灯”的实例,给出几个重要的图。本文介绍的图采用业界使用最广泛的UML建模工具Rational Rose。Rational Rose为团队开发和规范的开发过程管理提供了良好的支持。

1.2 UML OOD建模

从应用的角度上来讲,面向对象的系统设计一般需要完成如下工作:

1)描述需求;2)根据需求建立系统的静态模型;3)建立系统的动态模型:即描述系统的行为。

1.2.1 描述需求

“微波炉小灯”的实例需求很简单,即微波炉里有个小灯,微波炉门打开时,它就亮起来,一旦关上门,就熄掉了。本文将根据此需求说明,采用UML设计一个控制程序来感应微波炉对象的状态变化,并且触发小灯对象的状态变化。

1.2.2 建立系统的静态模型

用例图(Use Case Diagram):UML的Use Case图1描述User对整体系统的功能需求,本例中,User会有两项动作――“开微波炉”与“关微波炉”,而且期待开微波炉时会亮小灯,关微波炉时小灯会自动熄掉。

类图(Class Diagram):如图2,类是OOD中一个重要概念。软件组件的模块通称为组件的类(Class),OOD设计理念是程序指令写在类里,其所检验测试的对象都是类,等到电脑执行时才由电脑在内存中定义实体组件(对象)。

1.2.3 建立系统的动态模型

建立系统的动态模型实质就是描述系统的行为。

时序图(Sequence Diagram):图3这个时序图反映了开微波炉过程中触发小灯亮的详细执行过程。

状态转换图4(Statechart Diagram):对对象行为做详细的描述。就小灯而言,消息的传达是个事件(Event),这事件令小灯改变状态(亮或熄)。

2 双向工程

2.1 正向工程

Rational Rose中可实现正向(为模型产生相应的代码,即程序框架)、逆向(从用户原来的软件系统导出该系统的模型)和双向工程(实现模型和代码之间的循环工程),从而保证模型与代码的高度一致,这个功能意味着降低了开发人员编写程序的复杂度和工作量。

Rational Rose支持C++、Visual C++、Java、Smalltalk、Ada、Visual Basic、PowerBuilder等语言和开发工具,并能为CORBA 应用生成接口定义语言(IDL),为数据库应用生成数据库描述语言(DDL)等。Rational Rose默认支持的语言是Java。

本例中,在完成了“微波炉小灯”类图制作后,选择菜单“Tools” “Java/J2EE”“generate code”即可生成Java代码,当原建模文件更新时,代码会同步更新。

2.2 逆向工程

前面所述正向工程虽然只是得到了代码框架,实现功能部分的代码仍需开发人员输入。随着软件功能的实现及新的用户需求的加入,原建模文件在需要更新时,可不需要重新画图,只需进行逆向工程操作即可。本例中,在完成了“微波炉小灯”代码后,选择菜单“Tools”“Java/J2EE”“reverse engineer”即可生成新的建模文件。

3 小结

在软、硬件设计领域中,采用UML进行软件组件设计及其架构(Architecture)规划技术逐渐成为业界关注的焦点。根据本文及“微波炉小灯”实例,显然从UML设计图到Java(C及C++)代码的过程很流畅。

参考文献:

[1] 徐宝文. UML与软件建模[M]. 北京:清华大学出版社,2006.

[2] 吴建. UML基础与Rose建模案例[M].2版. 北京:人民邮电出版社,2007.

[3] 高涣堂. UML嵌入式设计[M]. 北京:清华大学出版社,2008.