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數字錄音機設計方案： 一個使用統一建模語言（UML）設計嵌入式系統的實例 Ivan Porres Paltor，Johan Lilius 著，樂林峰 譯 摘要 本文內容是采用統一建模語言（UML）對一個嵌入式系統進行面向對象分析和設計的 實例。 被分析的系統是一個數字錄音機或稱口授留聲機。 設計實現采用一個嵌入式微處理器 和 C++編碼。 關鍵字：面向對象的設計，UML，嵌入式系統 1 簡介 統一建模語言Unified Modeling Language-UML[BJR1,BJR2]提供了一套標準的符號來 表示面向對象的軟件分析和設計方法[CY90,MO92,SS95]。使用 UML 圖表能夠對很復雜的 系統建模，包括實時嵌入式系統。 然而，UML 并不是軟件開發過程，也沒有嚴格區分軟件工程中各開發階段。 UML 定義了一套由不同圖表組成的標記符號，但是并沒有描述怎樣創建和應用這些圖 表。[Dou98] 介紹了使用 UML 和面向對象的分析設計技術建造實時嵌入式系統。本文由 Douglass 撰寫，描述了使用 UML 對一個數字錄音機（或口授留聲機）系統進行面向對象設 計和實現的過程。
目前市場上已經有一些數字錄音機商業化產品。本文我們描述的模型參照了一家著名 廠商的類似產品的設計。 相關需求說明參見本文第二節。 第三節討論系統的對象模型給出主 類圖。第四節繼續進行面向對象的分析數字錄音機，但是主要討論每個對象內部的行為。第五節進行系 統結構設計。包括數字錄音機的硬件結構，以及并行處理模型數字錄音機，在該模型內，為每個對象將 分配一個可執行的線程。 第六節將定義不同對象之間的合作關系。 并通過設計模式[GHJV95] 將分析階段定義的類整合。詳細設計在第七節進行討論。最后，第八節討論系統實現。我們 使用 C++進行軟件的開發，硬件平臺采用一個 32 位 RISC精簡指令集計算機嵌入處理器。 2 需求分析 數字錄音機是一個電子消費產品， 用來錄制和回放語音。 通過內置的麥克錄制語音信息， 然后將信息保存在數字內存中。 使用者可以很方便的在任何時候回放任意錄制好的信息， 聲 音將通過設備前端的揚聲器播放。該產品將具有體積小、重量輕、使用方便等特點。圖 2.1 是我們設計的數字錄音機的外觀示意圖。 它是一個手持系統， 具有一塊平面顯示屏以及一些 按鈕。 圖 2.1 外觀示意圖 在設計中將要考慮到的系統特性如下： ? ? ? ? 最多存儲 10 條信息，每條信息的長度將受系統剩余內存的限制。
簡單易用的屏幕菜單。 直接存取任意語音信息。 具有時鐘功能（不存在 2000 年問題） ，用戶可以每天設置鬧鐘，鬧鐘鈴聲 60 秒鐘后自動停止，用戶也可以按任意鍵停止鈴聲。 ? 全功能液晶顯示屏. 屏幕上總是顯示當前日期和時間。同時顯示提示信息如 操作指南，當前操作信息等。 ? ? 電池電量顯示，如果電量不足，系統會發出嗶嗶聲警告。 為了節省電池. 在不使用的情況下，系統將關閉外部設備的電源，用戶可以 通過按任意鍵使系統回復正常。 ? 提供好的聲音回放質量。使用 6Khz 的 8 位采樣頻率。 2.1 外部事件 嵌入式系統經常要跟外部環境交互。在目前的分析階段，我們把系統視為一個可以響 應外部環境的請求和消息的黑盒子。 外部環境由一些參與者（Actor）組成。每個參與者與 我們的系統進行不同目的的交互并交換一組不同的信息。 系統范圍圖/Context-Level Diagram 圖 2.2 顯示了所有與我們的系統進行交互的參與者。圖中我們定義了 3 個參與者：用 戶User，電池Battery和時鐘（time） 。 圖中還顯示了接口和用于實現系統和參與者交換信 息的傳感裝置和執行裝置。
這里指的信息可以是參與者向系統提出的請求， 也可以是系統作 出的響應或提供給參與者的服務內容。傳感裝置 Sensors 包括麥克和按鈕。執行裝置 Actuators包括揚聲器、電池電量顯示表。 每當一個時間計時結束時，參與者‘時鐘‘向系統發送一個內容類似于‘下一秒’或 者‘下一個小時’的消息。在實際實現中，我們將用一個硬件定時器來控制具體時間。 圖 2.2 系統范圍圖 事件/Events 事件是環境與系統之間傳遞的的重要消息。一個實時響應系統必須在某個限定的時間 內對外部事件作出響應。下表中內容顯示了針對我們的系統所有可能發生的外部事件。 事件的方向：’In’表示該事件由環境傳遞給系統,‘Out’表相反。 事件發生模式A: 周期事件 Periodic:表示該事件的發生是遵循某個固定的時間周期的。 在表格中用 P 表示。 隨機事件： （Episodic） ：表示該事件隨機發生。在表格中用 E 表示。 響應時間： 表示系統對該事件作出響應所需時間的上限， 如果在給出的時間內系統沒有 完成響應，將會引起系統錯誤。 No 1 事件 某一秒計時結束 系統響應 a,更新內部時鐘 b,檢查鬧鐘設置 c,更新時鐘顯示 d,更新任務條 方向 In A P 響應時間 0.5 秒 2 3 一個采樣周期結束 用戶按下某個按鈕 a,回放或記錄下個采樣 A,顯示任務條。
B,開始錄音或回放一條記錄 In In P E 1/2 周期 0.5 秒 4 用戶按‘停止’按鈕 A,停止當前任務。 B,更新屏幕內容 In E 0.5 秒 5 6 7 電量不足告警 進入等待模式 A,警告用戶并終止當前任務 A,關閉顯示器 In In In E E E 1秒 1秒 1秒 當系統處于等待模式時， A,離開等待模式， 打開顯示器以 用戶按任意鍵喚醒系統 及其它外設。 2.2 用例/Use Cases 用例是從使用者的角度描述系統的功能。使用者可能是一個人或者某個設備。每個用 例表示一種使用系統的方法， 每個用例完成后產生不同的結果。 在我們的系統中共有 6 個用 例。如圖
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