一種改進型UML在嵌入式系統中的應用

關鍵字：UML 嵌入式系統摘要 在后PC時代，越來越多的領域需要嵌入式系統的支持，傳統嵌入式系統的開發手段已不能滿足日益增長的復雜性和質量要求；而UML技術在軟件領域所取得的巨大成就為嵌入式系統開發帶來了希望。因此，如何把基于軟件領域的UML作為通用和完善的方法引入到嵌入式系統領域，將成為一個迫切需要考慮和解決的問題。
關鍵詞 后PC 嵌入式系統 UML 軟件工程

引言

　　隨著計算機技術、網絡技術和通信技術的迅速發展，當前的信息社會已從當初傳統的個人計算機時代進入了后PC時代；而后PC時代的主要特征就是以嵌入式系統的廣泛應用與發展為標志的。

　　關于嵌入式系統的定義雖然有很多種，不過國內普遍認可的定義是[1]： 以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適合應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗要求的專用計算機系統。

　　嵌入式系統主要是使用微型的芯片及其固化的軟件，嵌入在其他系統中，以達到對其他系統進行智能化或信息化實時控制等目的。

　　當前，嵌入式系統已在工業控制、航空航天、國防以及信息家電等領域得到廣泛的應用，并發揮了重要作用，而且越來越多的領域都迫切需要嵌入式系統的支持。然而，由于嵌入式系統的硬件、軟件、應用環境的千差萬別，因此當前有限的嵌入式技術人員的時間和精力主要花在熟悉不同的硬件、軟件及其代碼的開發上。這樣不但造成嵌入式系統開發的效率和質量得不到保證，而且也嚴重束縛了嵌入式技術人員進行更高層次的研究與開發。這些都成為日益復雜的嵌入式系統迅速發展的瓶頸。

1  UML引入到嵌入式系統中的可行性

　　20世紀六七十年代，軟件產業遇到了危機。其原因就是軟件越來越龐大和復雜，而軟件的質量和生產率卻越來越低。由此促進了軟件工程的誕生，使得軟件開發的規范化和效率都得到了很大提高。在20世紀90年代，隨著面向對象技術的發展，軟件工程向自動化、智能化方向發展，其突出的標志就是UML標準的出現與發展。隨后，很多軟硬件廠商相繼開發出了許多基于UML標準的CASE工具。從此開發軟件可以借助UML的CASE工具來完成從軟件的分析、設計、實現到測試的一系列軟件工程過程，大大提高了軟件開發的復用性和效率，降低了軟件開發過程中的返工率。

　　UML突出的特點就是以面向對象的觀點來分析和設計所開發的系統，它把系統的每個功能都作為一個模塊（以“類”來表示）。在UML中，使用用例視圖、邏輯視圖、組件視圖、并發視圖和展開視圖來分別對軟件實現需求分析、設計、實現、集成和測試等過程；并且每個視圖都包括一系列的圖來具體實現，上面的5類視圖包括了用例圖、類圖、對象圖、狀態圖、序列圖、協作圖、活動圖、組件圖和展開圖。其中，用例圖、類圖、對象圖、組件圖和展開圖屬于靜態圖，是從靜態方面對系統進行分析和建模的；而狀態圖、序列圖、協作圖和活動圖則是從動態方面對系統進行分析，模擬系統動態交互情況的。

　　2001年，UML2.0的發布標志著UML技術進一步成熟，也得到了越來越多的硬件和軟件廠商的支持，這也使得UML的發展前景更加廣闊。面對基于軟件工程的UML在軟件領域所取得的巨大成就，是否可以把UML引入到嵌入式系統開發中來，用來改變當前嵌入式系統開發效率低下的局面呢？通過研究分析發現，UML應用到嵌入式系統主要存在以下幾個方面困難：

①  嵌入式系統包括硬件和軟件兩部分，不同廠商的硬件千差萬別，在某個嵌入式芯片中能正確運行的軟件在另外一個嵌入式硬件平臺上就不一定能正常運行。
②  嵌入式系統軟件平臺也千差萬別，各自對開發的要求差異較大。
③  大部分嵌入式系統對實時性要求嚴格。
④  嵌入式平臺的軟件一般不是采用面向對象語言開發的，主要采用C語言甚至是匯編語言編寫。

　　所有以上這些特點，導致在實際的嵌入式系統中UML模型很難被構建。即使構建出模型，其正確性、實時性能也很難得到驗證和保證。

原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com