張朝鑫
(昭通學院招生就業(yè)處,云南昭通 657000)
基于UML和平臺結合的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計與實現
張朝鑫
(昭通學院招生就業(yè)處,云南昭通 657000)
嵌入式系統(tǒng)是一種功能強大的計算機系統(tǒng),具有專用性強和系統(tǒng)精簡等特點.現如今,嵌入式系統(tǒng)已經被應用到多個領域,并發(fā)揮著重要的作用.本文將支持統(tǒng)一建模語言(UML)和平臺結合起來,進行嵌入式系統(tǒng)設計研究,利用UML的擴展特性,構建UML平臺profile,組成實例硬件和軟件平臺,并構建平臺模型,對實例平臺模型的應用進行描述.
支持統(tǒng)一建模語言(UML);平臺;嵌入式系統(tǒng);軟硬件設計
利用嵌入式系統(tǒng),可以完成對各種功能復雜的硬、軟件的設計.為了提高設計效率,降低設計的難度,可以積極的利用支持統(tǒng)一建模語言(UML)和各種平臺,并通過二者的有機結合,構建平臺模型,從而順利實現開發(fā).
嵌入式系統(tǒng)是一種功能強大,結構復雜的計算機系統(tǒng),可以實現對具有復雜功能的軟、硬件的設計與開發(fā),并使之實現緊密耦合,以發(fā)揮出強大的功能.嵌入式系統(tǒng)的基礎是計算機技術,中心是實際應用,并在諸多方面具有嚴格的要求,包括成本與可靠性以及功能、功耗、體積等.嵌入式系統(tǒng)的整體架構如圖1所示.通過對圖1的分析我們不難發(fā)現,嵌入式系統(tǒng)一共包含四個層次,分別為硬件層和中間層以及軟件層和功能層.其中,硬件層包含了具體的嵌入式微處理器,以及各種通用接口等.而中間層則包括各種支持包,軟件層則包括操作系統(tǒng)以及用戶接口等.最終實現各種應用效果的時候,則需要借助功能層的各種應用程序.嵌入式系統(tǒng)包含多方面的內容,例如,嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperationSystem,EOS)是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng).嵌入式系統(tǒng)一共分為4層,分別為硬件層和驅動層以及操作系統(tǒng)層還有應用層.嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途十分廣泛的系統(tǒng)軟件,可以實現對整個系統(tǒng)內各種軟、硬件資源的有效配置和協(xié)調.
圖1 嵌入式系統(tǒng)的整體架構
在實現各種功能的時候,嵌入式系統(tǒng)需要利用各種開發(fā)工具,并具備一定的開發(fā)設計環(huán)境.但是,嵌入式系統(tǒng)本身并不具備自主開發(fā)的能力,在設計完畢之后,一般情況下,用戶也無法自主修改系統(tǒng)中的某項程序功能.因此,在實際利用和開發(fā)的時候,嵌入式系統(tǒng)需要依托一定的開發(fā)環(huán)境和工具.而統(tǒng)一建模語言UML(Unified Modeling Language)是一種運用面向對象概念來構造系統(tǒng)模型的語言,具有極強的普遍適用性,在國際上得到了工業(yè)界和學術界的廣泛支持.將UML應用于嵌入式系統(tǒng)設計之中,可以為實際的設計工作提供較大的便利.聯(lián)合依托各種開發(fā)平臺,可以使后續(xù)設計建立在平臺的模型之上.現在以系統(tǒng)管理控制器(System ManagmentController,SMC)為例,分析UML和平臺結合的嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計相關問題.現如今很多校園中都應用了系統(tǒng)管理控制器(SMC)來對校園的各種活動進行實時的監(jiān)控和管理.系統(tǒng)管理控制器(SMC)屬于一種嵌入式系統(tǒng),其硬件芯片為ARM7嵌入式處理器,可以實現對對象的監(jiān)控.在實際的應用過程中,系統(tǒng)管理控制器(SMC)利用各種傳感器來實現對各方面數據的采集,并利用協(xié)議進行數據讀取.然后,對收集得到的數據可靠性進行判斷.按照上文分析提到的嵌入式系統(tǒng)的整體架構,系統(tǒng)管理控制器(SMC)的硬件層用到的嵌入式微處理器為ARM7嵌入式處理器,該處理器具有高效和低消耗的特點,用到的操作系統(tǒng)為eCos (embedded configurable operating system).現在為了實現對某校園的遠程監(jiān)控,需要構建起嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)平臺UMLprofile.平臺構造過程中,需要用到各種通用平臺建模處理器和設備驅動,并結合實際需要,添加<
圖2 <
在平臺構造關系方面,利用<
圖3 整體構造關系圖
系統(tǒng)收發(fā)命令時的構造關系如圖4所示,且在不同的構件之間存在一定的關系.例如,在構件sender和receiver之間,即存在<
圖4 構造關系
最終構建起的平臺中,體系結構平臺物理硬件為<
如果能量達到95%,
則可得:
利用遺傳算法結合2DPCA提取特征,n'=15.
假設最優(yōu)個體為Am ax,
則可得:
通過實驗和計算可以發(fā)現,利用遺傳算法結合2DPCA的人臉識別方法進行遠程監(jiān)控的時候,可以有效提高識別率,并減少特征空間維數難度,實現快速識別.PCA、2DPCA和2DPCA+GA的對比如表1所示.
表1 PCA、2DPCA和2DPCA+GA的對比
系統(tǒng)還提供開放的標準軟件接口和硬件接口,具有良好的兼容性和開放性,能夠與任何支持OPC 或MODBUS標準協(xié)議接口的系統(tǒng)實現集成,達到信息交流與資源共享.設計完成后經實踐應用,通過能源管理平臺可實現校園用能的實時在線分類、分項、分戶監(jiān)測和計量,自動化節(jié)能控制,能耗數據自動采集與存貯、數據統(tǒng)計與分析、數據遠程傳輸、數據顯示和打印、數據顯示發(fā)布等,使學校能源管理部門對能源系統(tǒng)進行有效的監(jiān)控與管理.為校園節(jié)能降耗研究、設計與改(建)造提供參考數據,對已實施節(jié)能改造的建筑提供節(jié)能效果真實數據.
嵌入式系統(tǒng)強大的功能具有較強的實用性,但也對實際的設計工作提出了較高的要求.而利用UML統(tǒng)一建模語言,則可以有效對整個分析過程予以直觀表達,以更好的對設計予以協(xié)作.通過分析我們也發(fā)現,將UML應用于嵌入式系統(tǒng)設計之中,可以為實際的設計工作提供較大的便利.同時還要積極的依托各種開發(fā)平臺,為之后的設計工作提供了平臺模型,從而實現模型驅動式的嵌入式系統(tǒng)開發(fā),顯著的提高設計開發(fā)的工作效率.
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1673-260X(2015)04-0018-03