用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)

2019-11-17 04:57:48

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1、概述實時監(jiān)控應(yīng)用軟件（CTS）開發(fā)過去采用的是結(jié)構(gòu)化方法，采用的編程語言也是匯編語言、FortranAda等結(jié)構(gòu)化編程語言。也曾有過分析和設(shè)計階段采用結(jié)構(gòu)化方法，編程實現(xiàn)采用面向?qū)ο笳Z言的嘗試。

采用面向?qū)ο蠓椒ǎ║ML）完整的實現(xiàn)監(jiān)控實時應(yīng)用軟件是首次嘗試，收到了較好的成效。UML（統(tǒng)一建模語言）是美國Rational公司創(chuàng)造的面向?qū)ο箝_發(fā)中一種通用的、統(tǒng)一的圖形化模型語言。它于1997年11月被美國OMG小組批準(zhǔn)成為面向?qū)ο箝_發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言。UML標(biāo)準(zhǔn)的樹立統(tǒng)一了面向?qū)ο蟮慕７椒ǎ藢ο蠼２顒e。Rational公司的旗艦產(chǎn)品之一Rational Rose提供了對這一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語言的充分支持。

Rose是一個面向?qū)ο蟮能浖治鲈O(shè)計建模工具，可以創(chuàng)建基于UML標(biāo)準(zhǔn)的模型，圖形化地對軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以描述和定義，并且通過建立的模型直接生成代碼框架。同時，還可以從開發(fā)者編的應(yīng)用系統(tǒng)中直接逆向生成模型。下面將就實時監(jiān)控應(yīng)用軟件的分析設(shè)計是如何使用Rational Rose來實現(xiàn)的作一簡要介紹。

2、UML模型CTS是監(jiān)控系統(tǒng)的中心，它主要用來控制測量設(shè)備實時跟蹤和測量飛行目標(biāo)，實時處理測量結(jié)果，并兼有顯示、打印、記錄等功能。它和測量設(shè)備的關(guān)系如圖1所示。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖一）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖一）

實時應(yīng)用軟件通過數(shù)據(jù)包和測量設(shè)備交換信息。軟件實時性要求較高，在每個采樣周期內(nèi)，必須完成該周期的數(shù)據(jù)處理工作，也要有一定的人工干預(yù)能力。實時應(yīng)用軟件模型用來描述軟件各層次的各個方面，它包括Use Case圖、類圖、序列圖、狀態(tài)圖、分布圖和組件圖。

2.1 Use Case圖Use Case 也稱為用例、使用情況，它是系統(tǒng)分析人員從用戶使用的觀點來看系統(tǒng)功能、功能之間的關(guān)系以及用戶與功能之間的關(guān)系。它是系統(tǒng)功能以及用戶與功能之間的關(guān)聯(lián)，利用 Use Case系統(tǒng)分析人員對系統(tǒng)的功能和行為加以描述。CTS的Use Case圖如圖2所示。CCP為前端通信處理機，Operator為操作員，Interrupt為操作臺命令產(chǎn)生的中斷。Simulation 模擬狀態(tài)，用于軟件調(diào)試和操作員練習(xí)。 Task：實戰(zhàn)狀態(tài)，用于實戰(zhàn)任務(wù)。 Abnomity ：異常處理，應(yīng)急狀態(tài)。 SimpleServer：打印、記盤等服務(wù)。CommuniciatePRocess：從CCP接收測量設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)包之后解包，然后按要求將多幀數(shù)據(jù)重新組織成一幀轉(zhuǎn)發(fā)到CCPDataProcess：將CommuniciateProcess接收的數(shù)據(jù)依據(jù)處理要求進行挑點處理，利用 CommuniciateProcess解包后的數(shù)據(jù)計算軌道、平滑外推和預(yù)告等。DisplayProcess：將挑點后的數(shù)據(jù)按指定的要求在不同的顯示服務(wù)器上以文字、數(shù)字或圖象形式顯示。將 DataProcess的處理結(jié)果在指定的顯示服務(wù)器顯示。所有Use Case的工作都必須在指定的時間周期內(nèi)完成。2.2 類圖用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖二）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖二）

類圖是系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，是模型的核心部分。它描述了系統(tǒng)中的類及類之間的關(guān)系，類圖描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類包是子系統(tǒng)中相關(guān)類的集合，包類似于 Peter/Coord 方法中的主題詞（ subject ）。圖 3 描述了 CTS 的類包。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖三）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖三）

類包 DisplayProcess 、 DataProcess 、 CAbnormity 和 CommunicateProcess 是我們自己開發(fā)的，是系統(tǒng)的核心，其余的類包是由 Microsoft 提供的。 DisplayProcess 類包包含了顯示所需要的所有和 MFC 有關(guān)的類， DisplayProcess 類包中的類都是從 MFC 派生的，一般都增加了 CTS 系統(tǒng)所需要的特性。 DisplayProcess 類包中的類及類之間的關(guān)系如圖 4 所示。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖四）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖四）

　圖4 DisplayProcess 類包中的類及類之間的關(guān)系 QQread.com 推出各大專業(yè)服務(wù)器評測 linux服務(wù)器的安全性能 SUN服務(wù)器 HP服務(wù)器 DELL服務(wù)器 IBM服務(wù)器聯(lián)想服務(wù)器浪潮服務(wù)器曙光服務(wù)器同方服務(wù)器華碩服務(wù)器寶德服務(wù)器
　　CommunicateProcess 類包包含了通信處理所需要的類及類之間的關(guān)系，如圖 5 所示。圖中 CFrameFormat 類為數(shù)據(jù)幀格式類是所有幀格式類的父類，它有兩個子類： CRecvFrameFormat 和 CSendFrameFormat 。 CRecvFrame- Format 類（從 CCP 接收的幀格式）是 CRecvHead 類（接收幀頭）和 CDevice- Format 類（設(shè)備數(shù)據(jù)格式）的聚集。 CSendFrameFormat 類（向 CCP 發(fā)送的幀格式）的數(shù)據(jù)區(qū)包括 Device1 ～ Device3 幀格式中的內(nèi)容。 CReceive 類為接收類， CSendTo 類為向 CCP 發(fā)送數(shù)據(jù)類。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖五）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖五）

圖5 CommunicateProcess類包中的類及類之間的關(guān)系
DataProcess 類包是 CTS 類包中的核心部分包括了數(shù)據(jù)處理所需的所有類，這個類包較復(fù)雜這里只給出部分類圖，如圖 6 所示。 CGdFeature 類是數(shù)據(jù)處理部分的類它有兩個最主要的操作：軌道積分和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換， CTheoryGd （理論軌道）， CPracticeGd （實際軌道）， CCoordinatePoint （軌道坐標(biāo)）， CRate （目標(biāo)速度）。

6 DataProcess類包中的部分類及其關(guān)系，CAbnormity類包包含異常處理以及操作臺應(yīng)急處理所需要的類，類圖略。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖六）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖六）

2.3 序列圖

CTS 的動態(tài)特性用序列圖表示，序列圖用來描述一個軟件的運作順序（場景），一個 Use Case 包含多個軟件的運作場景。序列圖用來刻畫 Use Case 圖，一個 Use Case 可以有多個序列圖，每個場景用一個序列圖刻畫。合作圖與序列圖等價，可以由序列圖轉(zhuǎn)化得到，兩者各有優(yōu)缺點。序列圖對于實時系統(tǒng)的時間要求刻畫的很好，但結(jié)構(gòu)不明顯；合作圖的對象間關(guān)系明顯但它用消息順序號表示時間，時間表示不清楚，不太適用于實時系統(tǒng)。 CommuniciateProcess 的序列圖如圖 7 所示。用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖七）

用UML模型實現(xiàn)大型實時監(jiān)控應(yīng)用軟件(1)（圖七）

圖 7 CommuniciateProcess 的序列圖2.4 狀態(tài)圖CTS 的動態(tài)結(jié)構(gòu)主要用來描述活類的動態(tài)特性，使用 Rational Rose 的狀態(tài)圖 StateDiagram 來描述。行為導(dǎo)致了狀態(tài)的遷移，狀態(tài)圖用來顯示一個給定類、給定事件的狀態(tài)。每個狀態(tài)圖都與一個類或一個 Use Case 相關(guān)聯(lián)。狀態(tài)圖刻畫軟件系統(tǒng)的行為視點，它基于有窮狀態(tài)自動機的圖示機制。一個狀態(tài)圖包括一個類在生命周期內(nèi)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和描述。限于篇幅只給出 CTS 的 CGdFeature 類的狀態(tài)圖。2.5 組件圖

邏輯模型表示了系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，每個邏輯模型都應(yīng)有一個或多個到物理實現(xiàn)－組件圖的映射。組件圖顯示了物理上組件（主程序、包和任務(wù)）之間的依靠關(guān)系以及和邏輯模型之間的映射關(guān)系。組件的設(shè)計和系統(tǒng)的運行環(huán)境以及邏輯模型的結(jié)構(gòu)有關(guān)。假如是分階段開發(fā)的話，組件設(shè)計應(yīng)屬于具體設(shè)計。2.6 軟件分布圖

軟件系統(tǒng)需要和硬件環(huán)境一起工作，軟件分布圖也表示了硬件設(shè)備和它們的界面，以及硬、軟件的協(xié)同工作。 CTS 的軟件分布圖表示了執(zhí)行程序、計算機節(jié)點以及設(shè)備的布局。 CTS 的分布圖。圖中 Main 和 Backup 分別表示主用和備用計算機，只有主用計算機向 CCP 輸出，但主備機均接收 CCP 來的數(shù)據(jù)。3 實現(xiàn)

在系統(tǒng)的邏輯設(shè)計（模型）和組件設(shè)計（模型）完成之后，便可以進入編程。 CTS 的編程實現(xiàn)采用 Microsoft 的 VC 語言， Rational Rose C 對 VC 有專門的支持。編程實現(xiàn)主要是利用 Rose 的生成和反向生成工具根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計模型來完成的。它包括三大步驟，每個步驟又包括多個過程。3.1 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要用來設(shè)置 Rose 的特性和目錄，它包括四步，這里就不詳述了。3.2 開始一個新的VC 項目在開始 VC 編程時，首先創(chuàng)建 VC 應(yīng)用程序，此時應(yīng)遵循以下步驟：

使用VC 的application Wizards 為應(yīng)用生成框架

創(chuàng)建Rose 分析器Analyzer 下的項目，加入VC 創(chuàng)建的文件

定位頭文件，關(guān)閉不含類也不能由分析器生成和反向重新生成的文件的Regenerate 屬性，并向Rose 輸出初始模型。

在 Rose 下打開 .red 文件

反向生成的模型不帶特性，選rosevcpp.pty 文件作為新的特性文件，最后把模型保存為 .mdl 文件。3.3 增加類、數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)把 Rose 模型中的類增加到 VC 應(yīng)用程序中可分為兩種情況：一種是不使用 VC 的 Class Wizard 支持機制的類（如信息映射），一種是使用此機制的類。前一種情況比較簡單，它正是在 Rose 中生成代碼，然后把這些文件加入 VC 項目中即可。對于后一種情況，其步驟大致如下：在 VC 中創(chuàng)建新類，然后將新類的文件加入 Rose 的 Analyzer 對應(yīng) 的項目中。

在分析器Analyzer 中進行特性設(shè)置以反映項目當(dāng)前的變化。

在分析器Analyzer 中輸出文件。向已經(jīng)存在的文件中添加數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)的方法與添加類的方法相同。4、結(jié)束語從應(yīng)用的結(jié)果看，總的來說，使用 UML 進行監(jiān)控實時應(yīng)用軟件開發(fā)取得了比較好的效果，與以前使用的結(jié)構(gòu)法方法相比有明顯的優(yōu)勢。我們體會，這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1.Use Case 是系統(tǒng)分析人員從用戶的視角出發(fā)、從功能邊界描述目標(biāo)軟件系統(tǒng)，這從模型上規(guī)范了對需求的描述，也能夠和后面的設(shè)計較好地銜接，比以前純粹的文字描述要好一些。用

2. 邏輯設(shè)計代替功能模塊設(shè)計和實體－關(guān)系設(shè)計，解決了以前的功能和數(shù)據(jù)分離的問題，以及模塊中數(shù)據(jù)的組織問題。

3. 用狀態(tài)圖在較高的層次上描述了系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)。

4. 由于同時使用了文檔生成工具，使得系統(tǒng)設(shè)計和文檔、程序代碼保持一致，較好的解決了極易造成的文檔和實現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。這一點非常重要。(責(zé)任編輯：銘銘)

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