使用Rhapsody軟件框架和UML的實時系統開發
摘要：UML已成為復雜系統建模的工業標準，并可借助代碼自動生成工具實現從分析到編碼的開發過程自動化。而實時系統的行為特征可以很好地用UML的狀態機表示，從而成為自動代碼生成、測試、分析和校驗的最佳選擇。Ilogix公司的Rhapsody是一個基于UML支持模型驅動開發的CASE工具，它使用一套為實時系統量身打造的軟件框架實現實時系統軟件的開發自動化。引言
面向對象的軟件設計方法推崇抽象、可重用且易維護的設計模式。其中，一個普遍采用的做法是使用預定義的框架構建復雜的軟件系統。在面向對象領域中，框架是指為某一具體應用領域提供解決方案的類集。程序員使用繼承、聚合等技術定制框架并將其用于具體的應用程序設計。基于框架的軟件開發具有如下優點：
*由于重用了框架提供的代碼，目標系統不必從頭寫起；
*規范的框架結構能夠指導目標系統的設計；
*框架的設計是開放的，因此可以通過子類化等技術定制和擴展。
本文介紹Rhapsody的實時代碼生成策略。Ilogix公司提供的Rhapsody是一個基于UML支持實時嵌入式系統全過程面向對象開發的CASE工具。Rhapsody基于一個內置的實時系統軟件框架—OXF生成C/C 代碼。
1 Rhapsody的軟件框架
Rhapsody的OXF框架專為實時嵌入式系統而設計，它由一系列UML類組成。這些類相互協作，組成了一個結構嚴整、跨實時操作系統平臺的實時嵌入式軟件架構。
（1）活動類
活動對象（Active Object）在UML中被定義為“擁有一個線程并能夠發起控制活動的對象”。Rhapsody給這個一般定義賦予了具體含義，如圖1所示。
活動類（Active Classes）在框架中以OXFActive表示，它擁有一個執行線程和一個事件隊列，并提供事件調度功能。用戶活動類從OXFActive繼承。
該活動類包裝了實時系統中的事件調度器。Execute方法是一個無限循環。在循環中，事件被不斷地從隊列中提取出來，發往對應的目標對象。QueueEvent和schedTimeout方法向隊列注入新的事件。
（2）響應類
響應類（Reactive Classes）是能夠對事件做出反應的框架類，即事件消費者。它在Rhapsody的框架中以OXFReactive表示，用戶響應類從OXFReactive繼承，如圖2所示。
圖2 響應類及相關框架元素
每個響應類都和一個事件管理器關聯（通過調用setEventManager方法），事件管理器由活動類充當。一個事件管理器可以服務于多個響應類。響應類的gen方法向其事件管理器注入一個新的事件（通過調用活動類的queueEvent方法）。事件管理器在收到事件之后會調用相應的響應對象（由事件的屬性指出）的takeEvent方法。
用戶響應類有主動（active）、被動（passive）和從屬（subordinate）響應類之分：
*主動用戶響應類利用了多重繼承技術，它集事件管理器和響應類雙得功能于一身；
*被動用戶響應類由框架的缺省事件管理器—OXFDefaultEventManager管理，且所有被動用戶響應類都共享該缺省事件管理器；
*從屬用戶響應類由用戶定義的活動類充當事件管理器。從屬響應類以聚合方式存在于用戶活動類內，或者獨立于活動類，而通過調用setEventManager方法與一個用戶活動關聯。
（3）事件和操作
類可以定義自己的事件和操作（Events and Operations）方法。事件代表一種突發的激勵信號，可以影響對象的行為及狀態。在Rhapsody中，活動類負責事件調度。事件既可以異步（活動類將事件投遞給目標對象之后立即返回，目標對象使用自己的線程完成對事件的響應），也可以是同步的（活動類投遞事件之后必須等待目標對象處理完成才能返回）。操作代表類本身提供的服務和功能。操作調用總是同步的，即操作總是運行在調用者線程之內。Rhapsody的框架定義了兩種事件：
①信號事件。
信號事件（Signal Events）是最常用的事件，它代表對象之間傳遞的一種異步激勵信號。在Rhapsody的框架中，它以OXFEvent表示，所有的用戶事件類都從OXFEvent繼承。
信號事件有自己的參數（以其屬性表示），并且和一個響應對象關聯。事件管理器依據事件的響應對象判斷事件的接收者。
②定時事件
定時事件（Timeout Events）在Rhapsody中以OXFTimeOut表示。它在OXF框架中的位置如圖3所示。
事件管理器（活動對象）的schedTimeout方法負責定時事件的構造和調度。其執行過程如圖4所示。
圖3 定時事件及相關框架元素
事件管理器創建一個OXFTimeout對象并將其交由一個定時管理器管理。定時管理器可以管理多個定時事件，它運行于自己的獨立線程內且聚合了一個定時器對象。定時器對象每衛固定的時間片會向定時管理器發通知信號，這時定時管理器檢查它管理的定時事件集合中是否有定時事件到時，并將到時的定時事件添加到事件管理器（活動對象）的事件隊列中（通過調用queueEvent），之后事件管理器再將這些定時事件投遞給對應的響應對象。定時事件本身是被動的，它不包含定時器。
（4）狀態機
Rhapsody支持UML狀態機（State Machines），包括層次狀態分解、帶參事件、定時事件、偽狀態、完成轉移、入口和出口動作等功能。Rhapsody也包含了UML中定義的異步事件處理模型：帶有狀態圖的類都是響應類，因此都與一個事件管理器（活動類）關聯。事件管理器使用一個隊列緩沖收到的事件，然后將事件投遞給響應對象。響應對象按
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