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嵌入式系統設計中UML的應用論文
摘要：隨著計算機技術的發展，嵌入式系統被廣泛應用到社會生產中。嵌入式計算機系統與普通的個人計算機系統存在很大區別，它具有節約成本、可靠性高等優勢，主要被用于工廠生產設備、大型器件等的控制與監視。而隨著人類社會對生產的要求越來越高，因此，需要開發一個更加高效的嵌入式系統。基于此，通過運用UML語言，對嵌入式系統進行設計，以尋求更高效的，符合社會生產需求的計算機嵌入式系統。
關鍵詞：計算機技術；嵌入式系統；UML語言
UML語言又被稱為標準建模語言，主要是被用來進行軟件開發與支持模型化的計算機圖形化的語言。在軟件開發過程中，可以通過標準建模語言提供的可視化與模型化支撐進行軟件規格、配置及構造的最優化。與此同時，它還是一種易于表達、功能強大、定義良好的建模語言，基于這些優勢，將UML語言應用到嵌入式系統的開發設計中，能實現目前用戶對該系統的功能、體積、功耗及可靠性的要求。
1嵌入式系統應用背景的產生
嵌入式系統是基于計算機技術，融合了電子技術、半導體技術，并對應用領域實際需求產生的一種具有功能強大、可塑性強及應用廣泛的知識集成系統。由于該系統自身的優勢，因此，被廣泛應用于技術、資金密集的工業生產中。目前，市場中的電子產品、汽車、數碼等都應用了嵌入式系統進行生產。嵌入式系統最早形成時還形不成“系統”概念，因為最初的嵌入式系統主要是依靠單片機運行的，只能執行單線程的工作程序[1]。隨著計算機技術及商業社會的發展需求，嵌入系統初步形成，可以運用計算機嵌入式系統進行應用軟件的編輯，執行任務管理和內存管理等功能。發展到至今，嵌入式系統已經可以實現實時的多任務操作，成為目前應用軟件開發的主流，發展與應用前景廣闊。
2UML語言及其框圖的應用模式分析
UML語言是一種應用于計算機系統編程的可視化建模語言，在具體應用操作中可以實現滿足用戶對系統需求的刻畫、分析、設計集成以及實現和測試，實現系統功能的構建更加合理[2]。UML建模語言可以將建立的模型數據信息運用標準的圖形元素直觀地展示在用戶、測試人員、管理人員以及開發人員或是其他項目相關人員面前，使他們可以對系統的功能、結構設計進行更好的交流，實現對系統的良好構建。目前，市場上最為常用的建模語言主要有Booch、OMT及UML三種語言，相較于其他兩種建模語言來講，UML語言更加簡化，操作簡單、適用范圍廣泛，因此，被許多企業采用。UML語言不僅可以對靜態的結構進行建模，還可以對具有動態行為的系統進行建模，因此，適用于系統的全部開發階段。UML語言是一種可視化的建模語言，因此，該語言中的所有語素都是由一個個的框圖組成的。系統設計人員應用在UML語言時，就是通過對框圖的描述來實現對整個系統的設計。UML語言的框圖有很多種，現針對幾種主要框圖進行分析。BusinessUseCase框圖與UseCase：這兩種框圖所對應的語素不同，BUC框圖所代表的語素主要是對整個系統的機構功能進行描述；而UC框圖則主要是根據用戶對系統的需求，進行系統功能描述。因此，經常被用來與客戶之間進行交流，提取有效建構信息。Class框圖：此種框圖是一種靜態圖，代表語素主要被用來對系統中的類進行描述。通過對該框圖的觀察，可以清楚地了解系統中類的內容、功能以及結構關系。StateChart框圖：該框圖主要被用來對建模對象的狀態及各個建模對象之間的轉換關系進行描述，主要用來提供建模系統的動態功能[3]。此種框圖在實際應用中被廣泛運用到系統的實際建立中，可以生成系統構建所需的全部代碼。Collaboration框圖與Sequence框圖：這兩種框圖都是對系統對象之間的相互關系進行描述的框圖。但Sequence框圖在進行描述時主要以時間順序進行，而Collaboration框圖則是針對系統角色與顯示對象之間的交互進行著重描述。通過Collaboration框圖，可以讓系統建筑師與質量保證工程師及時了解分析對象的分布情況，若出現不合理狀況，系統建筑師便可及時進行調整或重新分配。UML語言中包含的這些框圖，在進行系統設計、建模以及分析的過程中，會提供多種不同的圖片表達形式，因此，可以用在系統開發的不同階段。將UML語言中的這些框圖應用在嵌入式系統開發中，通過它們之間的有機結合可以構建出一個功能完整、一致的高效系統。
3UML語言在嵌入式系統中的有效應用
3.1以車載GPS終端為例
嵌入式系統在各個領域被廣泛應用，在本文中，我們以車載GPS終端為例進行UML語言在嵌入式統中的有效應用研究[4]。機動車的車載GPS終端是用來進行實時定位的裝置，被廣泛應用在出租車或運輸車這類需要進行調度、定位的車隊中。該終端的功能實現主要通過車載GPS終端與衛星進行實時的信號傳輸，實現對機動車位置的掌握，進而進行準確定位。準確定位后，再通過無線通訊網絡將機動車位置反饋給遠程的中心系統。此時，中心指揮系統就可以清楚掌握終端反饋的位置信息，實現對機動車的遠程控制與跟蹤。在機動車遇到特殊情況時，中心系統可以通過終端對車輛進行控制，實現車隊的正常運行。與此同時，若是車輛遇到險情，車載終端還可以起到電話功能，進行遠程報警。
3.2進行嵌入式設計時對UML語言的需求分析
運用UML語言對嵌入式車載GPS終端系統需求進行分析時，可以通過UseCase框圖進行系統功能分析。UseCase框圖在進行系統功能表達時，在圖中顯示的車載GPS終端系統功能需求將其分為兩部分來展示，即角色與案例。所謂的角色就是指與系統之間進行交互的人和物，而其中的案例則是用來表示系統所提供的功能塊。通過UseCase框圖對系統進行觀察，可以幫助人們將系統實現與系統目標進行分離，因此，可以使系統開發人員詳細了解系統的重要組成部分。最后，設計出的系統功能能實現用戶的需求，而不會使設計人員在系統細節實現上過多地浪費時間[5]。通過觀察UseCase框圖發現，車載GPS終端中的角色定位主要有兩類，即車載終端的用戶與監控中心的用戶。車載終端的用戶可以通過終端進行報警。而監控中心系統的用戶則可以通過系統查詢車輛位置信息及發送調度信息。
3.3通過UML語言對產品進行規格說明
對系統的規格說明要求要比需求分析的顯示更為詳細，因此，運用UML語言進行嵌入式系統的設計，可以使系統規格說明更加清晰與直觀。在對車載終端系統中的規格進行說明時，首先、可以通過Class框圖進行描述。該框圖可以對系統處理的數據結構進行描述，對接收到的GPS衛星信號進行描述。其次，Class框圖在進行規格說明時，還要將系統進行功能模塊劃分，并且找出所有系統，對主要對象進行識別。之后再通過UML語言中的Collaboration框圖對各對象之間的關系進行描述。最后，在進行規格說明的業務描述時，也就是對規范的操作系統完成主要功能流程的顯示，此時，可以運用UML語言中的Activity框圖進行展示。
4結語
通過對嵌入式系統開發需求以及UML語言的功能進行分析，發現利用UML語言進行嵌入式系統設計可以滿足提高該系統的開發速度與產品質量要求。與此同時，還可以增加系統設計的可重復使用性，實現了對系統設計的優化及利用，滿足了用戶對系統的各項需求，具有廣闊的應用前景。
參考文獻
[1]禚百田.UML在空調嵌入式系統開發中的應用研究[D].青島：山東科技大學,2010.
[2]王承啟.嵌入式系統設計方法研究與嵌入式避障機器人的實現[D].北京：北京交通大學,2009.
[3]廖曉文.基于UML與Petri網的嵌入式系統建模方法的研究[D].廣州：廣東工業大學,2005.
[4]曹雷,薛平貞.UML建模在嵌入式系統開發中的應用[J].現代電子技術,2013(16)：41-44.
[5]陶明,唐路其.UML在嵌入式系統開發中的應用[J].江西通信科技,2013(2)：7-10
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