改进型UML在嵌入式系统中的应用

SystemC[6]；另一种是使用可以与C语言结合的UML开发环境，如美国ILogix公司推出的Rhapsody。

由以上3种解决方案可知，UML应用在嵌入式系统所产生的可验证性、实时性以及语言的问题，都是可以解决的，因而有可能广泛使用UML来分析、设计与指导嵌入式系统开发，以解决嵌入式系统开发效率低下的问题。

2 一种改进的通用嵌入式系统UML方案

由于目前对UML应用在嵌入式系统中的研究往往都是侧重于解决嵌入式系统的某一方面，因而不具有通用性，很难成为嵌入式系统建模的标准。为了解决UML在嵌入式系统中的建模问题，本文提出了一种通用的UML嵌入式系统设计解决方案。

为了给嵌入式系统建模必须考虑以下方面：

◆ 时间。在序列图中描述时间及其约束信息。

◆ 并发性。用活动类来描述并发。活动类的属性（如优先级）可以定义成类的标签值，可通过组件版类﹤﹤Process﹥﹥和﹤﹤Thread﹥﹥将它们映射到实现环境中。

◆ 异步通信。UML支持线程间发送异步消息。

◆ 同步通信。定义信号量、监视器或关键区的类/版类来描述同步。

由此，可以得出嵌入式系统建模的一般过程如下：

① 首先确定系统需求。在此阶段既不考虑哪部分是软件，也不考虑哪部分是硬件，只根据调研和与用户的交流得出系统应具有的功能，并通过角色与用例的关系表现出来，从而得出用例图和系统最终需求。

② 进入系统设计阶段,也就是根据用例图得出的需求来设计类图。这个阶段需要确定哪些功能由硬件完成，哪些功能由软件完成。软件类图的设计与纯软件建模方法基本一样，在此不再赘述。对硬件的处理一般由硬件包装类来实现，硬件包装类提供访问硬件的接口。这些硬件包装类处理到设备的通信和设备产生的中断，通过这样的硬件类可以隐藏低级协议的细节，并且很方便、快速地将低级中断转换为系统中其余部分的高级事件。包装类是属于活动的还是静态的类，主要取决于硬件的属性。

③ 如果类图中所描述的软件类或硬件类比较复杂，难以描述清楚，那么可以采用对象图来细化，使之更加具体和明确。

④ 对于实时性要求，需要在序列图中进行定义和描述；如果想知道不同对象之间的链接,以及链接对象间如何发送消息，可以建立协作图；通过建立状态图,可以了解到某个对象所能到达的所有状态,以及对象收到的事件对该对象状态的影响等。

⑤ 最后,使用组件图和展开图来实现系统的集成与验证。

以上过程可以在Rhapsody软件环境下实现，因为该软件可以产生嵌入式系统常用的C语言，更接近通常的嵌入式开发环境。

3 实例分析与讨论

这里以一个报警系统为例，说明如何使用UML来设计嵌入式系统。一个报警系统一般由传感器（包括声音传感器、图像传感器和热传感器），报警器（包括声音报警器、电话报警器和光报警器），键盘，LCD显示器，系统处理器，以及用于存储系统配置信息和日志信息的存储器等部件组成。

当传感器接收到某个信号，通过模/数转换把信息送到系统处理器中后，系统处理器根据设定的配置信息条件，判断是否需要报警。若需要，则会向报警器发出报警命令。键盘和LCD显示器用于人机对话，可以根据实际需要设定报警条件和方式。

该系统的序列图如图1所示。从图1中可以看出，该系统要求从传感器返回信息到发出报警的时间间隔小于3 s。这就是序列图中对嵌入式实时系统时间要求的一个例子。

图1 报警系统序列图

在类图中，把系统处理器设计成活动类，负责处理通过带有LCD 显示的控制面板与用户的交互。通过控制面板，可以配置、激活和关闭系统。所有的配置变化均保存在系统配置信息类中。系统处理器接收传感器的信息，并把它与系统配置信息比较，从而决定是否报警。 为了查询和了解报警系统历史信息，系统处理器将所有事件保存在日志中。系统处理器、传感器和报警器的类图的简单关系如图2所示。

图2 报警器系统组成的类图

结语

为嵌入式系统引入一个通用、完善的UML技术，必将对当前高速发展的嵌入式系统的研究与开发产生积极的影响。而本文所提出的思想和方法，对于摆脱UML技术在嵌入式领域的困境起到了有益的探索和建议作用。