嵌入式系统内的UML状态机和框架技术分析

王海珍

摘要：将UML状态机以及框架技术应用到嵌入式系统当中，不仅可以提高系统的开发效率，同时还可以确保系统运行的可靠性。与传统的有限状态机相比，UML状态机描述出来的嵌入式系统体现出了图形可视、逻辑通顺以及结构清晰等特征。本文以Quantum Platform框架为例，展开了嵌入式系统的相关应用分析。

关键词：嵌入式系统；UML状态机；框架技术

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0179-01

由于科学技术的快速发展，嵌入式系统的研发有了很大的进步，不仅将UML状态机融入到其中，而且在研发中还融入了框架技术[1]。然而这些技术都是在前人取得的成果基础上进行改进而获取，如何将其更好的应用到嵌入式系统开发中，成为了该领域研究人员的主要研究内容，本文针对这一问题展开了相关分析。

1 UML状态机在嵌入式系统中的应用分析

在运用UML状态机进行嵌入式系统开发时，通常情况下采用事件驱动型设计，该类设计系统也可以称作Reactive Systems[2]。系统在运行的过程中，大部分时间处于等待状态，当外部某一个数据包、鼠标击键、时间片、按键等事件发生时，才会转为识别状态，同时系统会按照预设行为做出相应的响应，当事件处理完毕以后会立即返回至等待状态。

这种新型的嵌入式系统与传统系统在开发编程思维方法存在很大的差异，在等待事件来临时不需要占据系统资源，如果有事件发生，在很短的时间内就会做出相应识别与响应处理，当所有事件处理完毕以后，重新回到等待状态[3]。该系统处理事件不会受到时间以及时序的限制，在短时间内可以对多种并行事件做出响应。

该系统在事件进行处理时，主要具有以下3个方面的特征：（1）事件驱动型嵌入式系统主要包括两个方面的应用，其中一方面应用于所有特定事件的处理，另一方面用于上层事件驱动基本框架的处理，其中包括全部事件的申请、定义、分发以及管理等。（2）该系统的逻辑控制实现的依据为上层事件驱动基本框架，从事件处理应用的角度来对系统进行分析可知，该系统实现了反逻辑控制，也就是说该系统只对一些特定响应做出处理，而调度控制主要由基础框架来负责。（3）完成事件处理应用以后，需要释放控制权，其指针以及内部堆栈变量都没有办法被外部获取。此时可以利用UML状态机的实体来对这些信息以及变量进行相应的维护操作，其中处理应用的事件可以是一个，也可以是多个。

2 框架技术在嵌入式系统中的应用分析

本文主要针对Quantum Platform框架的嵌入式系统应用展开分析。该框架作为一个轻量级的事件驱动应用框架，有助于状态机应用模型的研发，其中该模型主要利用面向对象来设计，不仅可以支持RTOS应用，而且还能够支持大部分处理器的应用，目前很多领域都在使用这种嵌入式开发系统。

Quantum Platform的组件主要由5部分组成：（1）QEP作为嵌入式系统中的事件处理机制，主要用来调度UML状态机；（2）QF在QEP的基础上，主要用于事件驱动应用框架功能的实现；（3）Kernel是一种自带轻量级的应用框架，可以为传统的OS/RTOS/Kernel提供相应的支持；（4）QS起到一定的辅助作用，主要用来协助调试跟踪软件的正常运行；（5）除了上述四种组件以外，该框架还包括Porting以及BSP文件，同时为所有种类的主流硬件平台提供了相应的移植范例。

为了对框架技术在嵌入式系统中的应用进行更加深入的分析，笔者在其基础上提出了一种新型框架结构，该框架的注册名为QPnanoTM，属于一种轻量级框架，主要应用于UML状态机的ROM以及RAM中，其中涉及的单片机主要有AVR、8501、MSP430等，对应的位数可以是8位，也可以是16位。

实践证明，该系统有助于UML状态机图形化建模，不仅如此，该系统还可以为QF框架以及对应生成的代码体统技术方面的支持，除此之外，内嵌QS模块的调试与跟踪都需要利用该系统来实现，而且QK组件的运行也离不开该系统。这样一种开发方式不仅有助于系统功能的分析，同时还有助于软件与硬件的协同开发， 为开发平台提供了相应的移植文件，从而在一定程度上减少了开发工作量。

除此之外，该框架采用的制度为双授权制度，不仅能够为GPL V2提供相应的授权，同時还能够为商业提供相应的授权，这样有助于代码的编写，而且还为商业用户的开发应用提供了便利条件。

3 结语

由于计算机技术发展迅速，加大了系统开发的复杂度，所有系统的开发都需要分工合作与复用，嵌入式系统的开发也是如此。目前嵌入式开发系统在软件开发复用方面的技术比较落后，大部分开发人员的知识仍然停留在传统层面上，缺乏创新性。本文讨论该系统中的UML状态机以及框架技术虽然有助于系统的开发，但是其可靠程度还未可知，希望在今后的研究当中可以加深对该系统的研究。

参考文献

[1]楼伟刚.UML状态机与框架技术在嵌入式系统中的应用[J].软件导刊，2014（5）：49-50.

[2]余存，黄利军，黄浩然，等.基于UML状态图和Qt状态机框架的IEC104规约的分析与实现[J].电力系统保护与控制，2015（15）：118-125.

[3]侯敏，宋文鹏，王泊涵，王新冶.UML状态机模型形式化验证技术研究[J].计算机工程与设计，2012，33（9）：3460-3464.