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嵌入式系统原理及应用 西华大学电气信息学院——王平
9.2.1 嵌入式系统的开发过程
系统定义 可行性分析 需求分析 规格说明 系统总体设计 系 统 体 系 结 构 设 计 软 硬 件 划 分 处 理 器 与 基 本 接 口 器 件 选 择 操 作 系 统 选 择 开 发 环 境 选 择
构件设计 硬件设计 元 器 件 选 择 原 理 图 设 计 制 板 与 测 试 硬 件 测 试 程 序 引 导 程 序 操 作 系 统 移 植 软件设计 驱 动 程 序 应 用 程 序 软 件 测 试
总体设计中对系统体系结构的描述必须同时满足功能上 和非功能上的需求。
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3 构件设计阶段
构件通常包括硬件和软件两部分。 构件设计使得构件、体系结构和规格 说明相一致。
嵌入式系统原理及应用
西华大学电气信息学院——王平
4 系统集成阶段
系统集成阶段的工作包括将测试完成的软 件系统装入制作好的硬件系统中,进行系统综
嵌入式系统原理及应用
西华大学电气信息学院——王平

UML不是可视化的程序设计语言, 而是一种可视化 的建模语言.其提出的目标是:
易用性. 可进行可视化建模.
无关性. UML与具体的实现无关, 与具体的过程无关, 可以
用于任何语言任何开发过程 可扩展性. UML本身具有扩展机制. 复用性. UML强调在开发中对架构, 框架,模式和组件的重 用
建模图 类
建模对象及内容 类对状态、属性及行为进行定义。类也可以 称为是活跃的或抽象的。活跃类表示一个 定义了状态、行为和属性,并且将其实例 作为对象的线程类。一般的,当一个或多 个状态、操作或行为还未完全定义,还处 于抽象阶段或当不是用它来创建对象而是 用它的继承(扩展)创建对象时,类是抽 象的。 将类和对象打包的集合 反复使用的元素中未打包的集合
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UML (Unified Modeling Language,统一建模语 言),是运用统一的标记和概念来实现面向对象软件 分析和设计的一种图形工具,它由Grady Booch(Booch 1993), James Rumbaugh(OMT-2)、 和Ivar Jacobson(OOSE) 提出,于1997年经国际对 象管理组织OMG(Object Management Group) 标准化后正式推出UML1.0。 属于第三代面向对象 开发的编制文档可开发的方法,
一般的当一个或多个状态操作或行为还未完全定义还处于抽象阶段或当不是用它来创建对象而是用它的继承扩展创建对象时类是抽被分为类名标识名属性和操作的矩形框活跃类的识别是通过在类的标识名之前添加前缀active实现的将类和对象打包的集合被分为类名标识名属性和操作的矩形框原型反复使用的元素中未打包的集合后面跟着类标识名且在两对开始和结束符中有原型标识名的矩形框对象通过从类中复制状态属性和行为来形成一个功能实体的类的实例后面跟着分号和类标识名的对象标识名的矩形框匿名对象没有标识名的对象在分号和类标识名前没有对象标识名的矩形框状态一个状态用状态名作为标识名的圆角矩嵌入式系统原理及应用西华大学电气信息学院王平基本元素uml基本元素2realttimeclockunsignedlongcountclickinputclickincsysteminterruptswt1
装到系统的ROM中为止
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9.3.1 UML简介
系统设计中需要用到一种建模语言,以 帮助我们不会偏离设计的主线。统一建模语 言UML是一种面向对象的可视化语言,它可 以用图表的方式概念化不同的设计任务,显 然这对于设计过程中的多层抽象非常有用 。
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系统可行性 规格说明 原型 初始系统 增强系统
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3 逐步求精
在这种方法中,一个系统被建立多次,第一个系统被 用作原型,其后逐个系统将进一步被求精。
说明 体系结构 设计 建立 测试
嵌入式系统原理及应用
说明 体系结构 设计 建立 测试
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定义了系统的静态配置,也给出了对象 之间的关系 表示了对象之间的交互,也说明了状态 圆角矩形框表示对象标识名,矩 的顺序 形框表示状态,用箭头连接 类。垂直箭头向下指示时间 的推进 表示了状态或对象交互的并发顺序 水平轴或垂直轴朝右或朝下表示 时间的推进,并行的序列集 表示并发。条件或事件可以 西华大学电气信息学院——王平 在箭头上标记
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9.1 引言
嵌入式系统的设计很复杂,其功能要求非常详细,且 必须遵循许多其它要求,如成本、性能、功耗、质量、
开发周期等。
大多数嵌入式系统的设计都是由一个开发团队中相互 协作完成。 设计过程还会受到内在和外在因素的影响而变化 。 因此,要求嵌入式系统开发人员必须掌握一定的系统 设计方面的技术 。
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一个转换 西华大学电气信息学院——王平
2 UML图(1)
UML的基本元素可以通过多种方式组 合到一起,使用图形组可以完成对下面的 建模:软件可视化、数据设计、算法设计、 软件设计、软件说明书、软件开发过程、 工业过程等。
嵌入式系统原理及应用
西华大学电气信息学院——王平
建模图 类图
第九章 系统设计技术
9.1 引言 9.2 设计流程
9.2.1
嵌入式系统的开发过程
9.2.2
设计流程 结构描述
9.3 嵌入式系统的应用领域
9.3.1 9.3.3
UML简介 行为描述
9.3.2
9.4 需求分析与规格说明
9.4.1
需求分析
9.4.2
规格说明
9.5 系统分析与体系结构设计 9.6 质量保证
嵌入式系统原理及应用
2 总体设计阶段
总体设计是设计的第一步,其目的是描述系统如何实现 由系统定义规定的那些功能。 本阶段应提供系统总体设计报告,推荐一个基本的软硬 件配置方案,包括系统中各模块间的接口关系。 。 总体方案的确立要使用系统流程图或其它工具,描述每
一种可能的系统组成,估计每一种方案的成本和效益, 最终建立在充分权衡各种方案利弊的基础上 。
建模对象及内容
表示示例
表示了类与类的对象之间的关系,层次 矩形框表示类,末端为空心三角 关联以及类和对象之间的对象交互 形的箭头表示类的层次。类 可以用线连接。线上起点和 终点处的数字表示一个类的 对象与多少个其它类的对象 相关联
状态图
表示了一个结构通过转换实现的起始、 实心圆点表示起点,箭头表示转 终止、中间关联的模型,展示了具 换。箭头上的标签表示触发 有关联转换的事件标签(或条件) 该转换的条件或事件。圆圈 内带一个实心点表示终点
需 求 表 格 样 本
输入
输出 功能 性能 生产成本 功耗 物理尺寸和重量
系统的输入和输出包含了大量的细节:如数据类型、数据特性、 I/O设备类型。
功能的描述可以从对输入到输出的分析中得出。 系统控制物理设备或者处理外界输入的数据都需要花费一定的时 间 产品的成本会影响其价格。成本包含两个主要部分:生成成本, 包括购买构件以及组装费用等;不可再生的工程成本,包括人力 成本以及设计费用等。 由电池供电的系统必须对功耗问题认真考虑 产品的物理尺寸和重量因使用领域的不同而不同。 西华大学电气信息学院——王平
硬件设计
软件设计
详细设计
集成 集成 测试 系统测试 最高层抽象 中间层次抽象
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5 并行工程(1)
当众多的设计者一起设计一个大系统时,非常容易 偏离完整的设计流程。导致每个设计者对自己在设计流
程中的角色产生狭隘的看法。并行工程试图采用一种更
宽的方法,使整个流程优化。 对并行工程而言,缩减设计时间是一个重要的目标。 要从并行工程中获得最多收益通常需要删除设计和制 造之间的隔阂。

UML主要的目的,在于让所有进行系统分析设计的 工程师,可以有一个共同的图形化语言,来描述他 们所想要建立的系统。
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嵌入式系统原理及应用
1 UML基本元素(1)
UML最基本的元素是对象和类,下表 列出了UML的基本元素 。
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4 分层设计流程
许多复杂的嵌入式系统自身是由更多的小设计组成 的。从最抽象的完整系统设计到为个别部件的设计,设 计流程随着系统中的抽象层次而变化。这些复杂系统设 计流程类似于图中的流程。
需求与规格 说明 体系结构 规格说明 规格说明
硬件结构 其他设 计周期
硬件结构 其他设 计周期 详细设计 最低层 抽象 最低层 抽象 集成 测试 中间层次抽象
1 瀑布模型
瀑布开发模型由五个主要阶段构成:需求分析, 体系结构设计,编码,测试,维护。
需求
体系结构
编码
测试
维护
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2 螺旋模型
瀑布模型假设系统被一次性整体建立,螺旋模型假 设要建立系统的多个版本,早期的版本只是一个简单的 实验模型,随着设计的进展,会创建更加复杂的系统, 在每一层设计中,设计者都会经过需求、结构设计和测 试阶段。在后期,当构成更复杂的系统版本时,每一个 阶段都会有更多的工作,并需要扩大设计的螺旋。
表示示例
被分为类名、标识名、属性和 操作的矩形框(活跃类的 识别是通过在类的标识名 之前添加前缀active实现的)
包 原型
被分为类名、标识名、属性和 操作的矩形框 后面跟着类标识名,且在两对 开始和结束符中有原型标 识名的矩形框 后面跟着分号和类标识名的对 象标识名的矩形框 在分号和类标识名前没有对象 标识名的矩形框 用状态名作为标识名的圆角矩 西华大学电气信息学院——王平
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5 并行工程(2)
并行工程努力的成果由下列要素组成。
交叉功能组包括来自不同学科的成员 。
并行产品实现过程的活动是并行工程的中心。
递增的信息共享和使用将有助于减少并行产品的实现导致 意外的可能性。
综合的工程管理保证有人对整个工程负责,而且这种职责 决不能在工程的某一方面一旦完成就放弃。
对象图 顺序图
协作图
嵌入式系统原理及应用
任务1运行 状态 任务1空闲 状态 进程结束 (a)状态图
任务等待
2 UML图(2)
Class Packet
Class Ethernetframe
基 本 的 UM L图 的 示 例
Class ByteStream Taskportln ReadPort TaskPW:Password TaskUser:User 任务1创建 案例1 任务1活跃 任务1运行 处理器 PA启动 案例2 任务1运行
设 计
PCB
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系统集成与性能测试
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1 系统定义阶段
这一阶段主要包括: 系统定义 可行性分析 需求分析
规格说明
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需求分析
需求分析是指从用户那里搜集系统的非形式描 述 。 需求可分为功能部分和非功能部分。
确认需求最好的方法是建立模型。
对象 匿名对象
通过从类中复制状态、属性和行为来形成一 个功能实体的类的实例 没有标识名的对象
状态 一个状态 嵌入式系统原理及应用
1 UML基本元素(2)
类名
基 本 元 素 的 表 示
Real Ttime Clock
对象名
Swt1:Real Time Clock
Unsigned Long count Click input() Click Inc() System Interrupt()
属性 行为/方法 /操作
Unsigned long Count swt1
(d)对象
(a)类(活跃类、抽象类或者不活跃的类) 包类 定时器处理
Class Free Running counter
对象 匿名对象
Class OuxCompare Real Time Clock Class Input Captures 匿名对象 (e)匿名对象 (b)包 《hr-min-sec》 类定时器 (c)原型 事件抢占 任务运行状态 (f)状态
合测试,验证系统功能是否能够准确无误地实
现,各方面指式系统原理及应用
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9.2.2 设计流程
设计流程是指在系统设计期间应遵遁的一 系列步骤。
本节将讲述设计流程的基本特性。
嵌入式系统原理及应用
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提供商尽早和不间断地参与有助于充分利用提供商的能力
客户尽早地和不间断地关注有助于确保产品能最好地满足 其需要。
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6 其它
软件工程的方法直接影响到设计流程。目
前,软件开发过程结合了面向对象的方法和第
四代工具。该方法针对嵌入式系统还在不断完
善。 总而言之,不断改进的模型,其过程生命周 期是迭代的,直到进行验证、确认和交付或安
对一个大型的系统进行系统定义和需求分析是一 件繁琐的工作。可以通过先获取相对少量的、简 单的信息入手。 下图演示了一个简单的需求表格的样本。
嵌入式系统原理及应用 西华大学电气信息学院——王平
名称 目的
给项目取一个好的名称,可以使设计目的更加明确,也便于交流 讨论时使用。 用最精炼的语言来描述清楚系统需要满足的需求。
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