運用UML建模開發嵌入式軟件

運用UML建模開發嵌入式軟件  UML建模

關鍵字：UML建模 嵌入式軟件

　　面向對象開發方法無疑是當前最流行的軟件開發方法。這歸功于面向對象開發的眾多優點：可靠性高，所開發的程序更健壯;由于面向對象編程的可重用性，可以在應用程序中大量采用成熟的類庫，從而縮短了開發時間;繼承和封裝使得應用程序的修改帶來的影響更加局部化，應用程序更易于維護、更新和升級。另外，UML建模語言和Rosc等CASE工具為面向對象的流行也起了很太作用，這些工具允許應用規范的面向對象分析和設計的方法與理論，遠離糾纏不清的源代碼，使得構建和設計變得更直觀、更容易理解與修改，從而大大提高開發效率。

　　嵌入式系統的應用越來越廣泛，嵌入式計算機在數量上遠遠超過了各種通用計算機。嵌入式軟件的開發與PC軟件的開發相比存在一些特別的地方;①嵌入式軟件代碼往往要求高質量、高可靠性;②嵌入式軟件要求盡可能短的二進制代碼長度和數據長度，盡管半導體技術的發展使處理器速度不斷提高、片上存儲器容量不斷增加，但在大多數應用中，存儲空間仍然是寶貴的;③嵌入式系統往往存在實時性的要求。這些特別要求使得面向對象開發不太適合嵌入式系統。匯編語言是一種非結構化的語言，對于大型的結構化程序設計已經完全不能勝任了，而C語言相比其他高級語言具有明顯的性能優勢，這些原因使得C語言成為嵌入式系統開發的最佳選擇。

　　隨著后PC時代的到來，嵌入式應用迅速增長，應用的復雜性也急劇增加，C語言對應的傳統結構化設計方法已不能滿足嵌入式軟件設計和開發的需要。能不能把面向對象開發與C語言的優點結合起來?對這個問題，已經有人提出過一些方法，主要集中在用C語言來實現C++的語法，如用結構來模擬類，用函數指針來表示成員函數。這些方法使得本來語法就已經很復雜的C語言更加麻煩，同時沒有了C語言快速、高效的優點。這里提出一種新的方法：用面向對象方法進行分析和設計，最后直接用C語言進行編碼。

　　1 應用實例

　　繞線機控制系統是一個控制兩個電機的單片機控制系統，我們使用本文提出的新開發方法進行這個系統的開發。系統采用瑞薩公司H8/300H系列的16位單片機H8/3062，整個系統硬件結構如圖l所示。單片機通過I/O口與Flash芯片、控制面板、揚聲器以及電機驅動電路相連，并通過光電編碼盤檢測直流電機轉動的圈數。

　　作為面向對象建模的工業標準，UML幾乎被所有面向對象的軟件項目所使用。這個項目也使用UML來建模，用到的CASE工具是Rose。UML提供了5類圖進行不同階段的建模：用例圖、靜態圖、行為圖、交互圖、實現圖。在開發過程中，可根據不同階段的具體要求，選擇不同的圖形來描述系統的靜態結構模型或者動態行為模型。一般過程是：①用UML的用例模型確定目標系統的主要功能和行為，以便準確、完整地識別系統的需求;②通過對用例模型的分析，從用例的描述中識別反映問題域本質的類和對象，并利用UML的類圖以及類之間的關系揭示系統的結構和組成;③利用UML動態模型中的順序圖、協作圖、狀態圖和活動圖描述系統結構元素的動態特性和行為。

　　1.1 需求過程

　　系統主要運行過程：①開機時，步進電機自動對原點;②修改參數設置時，單片機把修改值存入Flash;③啟動鍵按下時，直流電機開始轉動繞線，單片機通過光電編碼盤檢測轉動圈數，并控制步進電機按照設置的參數排線，繞線完成后自動停止;④暫停鍵按下時，直流電機停止繞線，步進電機排完已轉的舀數后停止;⑤復歸鍵按下時，系統重啟。

　　系統的參與者只有用戶1個，通過對系統需求的分析，可以識別3個主要用例：開機、機器設置和繞線控制。通過對用例的進一步分解，得出系統的用例圖。

　　1.2 設計過程

　　完成需求分析之后，進入設計階段。這個階段中，以需求分析結果為基礎，找出系統所需要的類和對象以及其相互關系。針對嵌入式系統的特點，面向對象的一些高級特性不能使用，動態創建對象、派生和多態這樣的特性會大大降低系統速度并增大代碼空間和數據空間，對瑞薩H8/3062，這款單片機只有128KB的ROM和4KB的RAM，節省每一個字節都顯得非常重要。

　　通過對用例和系統結構分析，識別出來的類和關系。

　　出于可移植性的考慮，所有類被分成3個層次：

　　最頂層是功能邏輯類的抽象，MachineStting為機器設置類;Keys為按鍵類，Displayr為顯示類，MotorController為電機控制器類。這些邏輯上的類與硬件無關，便于以后硬件修改，同時使得開發繞線機的不同版本變得非常容易，如從平繞機到開發環行機，從二軸繞線機到開發三軸繞線機。

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