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UML原理簡述

在軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中主要應用到CIM(ComputationIndependentMod-el)和PIM(PlatformIndependentModel)階段的UML模型，CIM聚焦于軟件系統(tǒng)外部需求及功能，不涉及軟件系統(tǒng)的結構和細節(jié)，屬于概要設計階段;PIM聚焦于軟件系統(tǒng)的內部細節(jié)但不涉及系統(tǒng)的具體平臺，屬于詳細設計階段。具體包括以下七個步驟:CIM-1:定義業(yè)務流程，產生業(yè)務用例模型。此階段是為了捕獲用戶的頂層功能需求。

CIM-2:分析業(yè)務流程，產生活動圖。針對CIM-1中每一個業(yè)務用例，分析它的流程，并且繪制活動圖。

CIM-3:定義系統(tǒng)范圍，產生系統(tǒng)用例圖。CIM-3生成的文件與前兩個階段生成的文件有如下關系:a．CIM-2活動圖中的每一個動作，都可能成為CIM-3的系統(tǒng)用例;b．CIM-1中的業(yè)務執(zhí)行者，以及CIM-2中的動作負責人，都可能成為CIM-3的系統(tǒng)執(zhí)行者。

PIM-1:分析系統(tǒng)流程，產生系統(tǒng)用例敘述。PIM-1的主要工作是針對每一個系統(tǒng)用例，分析其內部細節(jié)，并編寫詳盡得系統(tǒng)用例敘述。

PIM-2:分析業(yè)務規(guī)則，產生狀態(tài)圖。針對每個業(yè)務對象根據(jù)業(yè)務規(guī)則繪制出狀態(tài)圖。

PIM-3:定義靜態(tài)結構，產生類圖。在這個階段需要用類圖來表達系統(tǒng)內部的靜態(tài)結構，需經過以下步驟:a．根據(jù)前面生成的文檔獲得初步的靜態(tài)結構;b．分析PIM-2的狀態(tài)圖，為類增加屬性及操作;c．分析PIM-1搜集的窗體，為類增加更多的屬性;d．經過下面PIM-4的序列圖，為類增加更多的屬性，并且描述操作的方法。

PIM-4:定義操作及方法，生成序列圖。此階段可以用序列圖來表達系統(tǒng)內部一群對象合力完成某一個系統(tǒng)用例時，執(zhí)行期間的交互情形。程序員可按照序列圖的內容，編寫出方法的源代碼雛形。UML的七個系統(tǒng)模型始終貫穿于軟件開發(fā)的整個過程中，從需求分析、設計、實現(xiàn)直至最后的系統(tǒng)測試及維護。

基于UML的軟件系統(tǒng)建模

本文采用RationalRose軟件工具按照UML的七個建模步驟對雷達導引頭系統(tǒng)軟件進行建模。

1業(yè)務用例建模

利用UML模型進行面向對象的軟件開發(fā)中，通常采用業(yè)務用例模型來捕獲用戶最頂層的功能需求。通過對雷達導引頭系統(tǒng)軟件需求描述的劃分，對于外部導彈總體來說，雷達導引頭的主要功能可以劃分為三類:開機自檢功能、干擾檢測功能和目標檢測功能。其中，完成每個功能的參與者均為雷達導引頭。圖1為導引頭系統(tǒng)的業(yè)務用例模型。開機自檢是需要雷達導引頭判斷自身是否有故障;干擾檢測是要求雷達導引頭能夠判斷外部是否存在有源干擾;目標檢測要求雷達導引頭能夠完成目標的搜索、截獲和跟蹤并輸出指導信息。由于目標檢測功能是雷達導引頭工作的主要功能，下面我們以目標檢測為例來講述如何利用UML對雷達導引頭系統(tǒng)軟件建模。

2活動圖建模

活動圖是每個業(yè)務用例的邏輯過程。一個業(yè)務用例可以映射到多個活動，一個活動圖也可以被多個用例使用。活動圖很類似軟件的流程圖，但流程圖描述的是具體的程序設計，而活動圖是概念級的。活動圖還可以表示并行的動作，由于是概念級的控制流設計，所以活動圖沒有流程圖的循環(huán)結構。下面針對目標檢測業(yè)務用例分析其工作流程，由于目標檢測主要分為目標搜索、截獲和跟蹤等功能，其活動圖見圖2。活動圖對于業(yè)務用例圖增加了限制或約束條件，來規(guī)定某一具體操作的使用條件和范圍。例如，導引頭進入搜索模式，首先裝訂初始化參數(shù)，而天線掃描和二進制積累檢測是并行的，最后執(zhí)行存儲記錄目標信息;截獲模式中的所有操作都是按時間串行執(zhí)行的;跟蹤模式中的操作也分為串行和并行執(zhí)行順序。

3系統(tǒng)用例建模

系統(tǒng)用例模型明確系統(tǒng)需求、范圍和作用，是系統(tǒng)設計和開發(fā)的基礎。用來描述用戶所有的功能需求，但不考慮實現(xiàn)細節(jié)。系統(tǒng)用例建模中，活動圖中的每一個動作都有可能成為系統(tǒng)用例;業(yè)務圖中的業(yè)務執(zhí)行者都可能是執(zhí)行者。根據(jù)這兩個原則圖3給出目標檢測功能的系統(tǒng)用例圖。圖3是雷達導引頭軟件中目標檢測的系統(tǒng)用例圖模型。在目標檢測中，導引頭有5個功能用例，分別表示導引頭完成目標檢測功能的幾個不同的工作模式，即搜索模式、截獲模式、跟蹤模式、記憶跟蹤模式和進入盲區(qū)。在搜索、截獲和跟蹤用例中又細分為若干子用例，代表了在這些模式中需要完成的子功能。例如，在搜索用例中要實現(xiàn)參數(shù)裝訂、天線掃描、二進制積累檢測以及目標信息存儲記錄;截獲用例中完成參數(shù)裝訂、目標匹配置天線和波門以及截獲波門內確認目標;跟蹤用例中完成參數(shù)裝訂、跟蹤濾波、AGC控制、切換信號體制、六相時鐘調整波門和跟蹤測角等功能。

4系統(tǒng)用例敘述

系統(tǒng)用例描述是針對每一個系統(tǒng)用例，分析其內部細節(jié)，編寫成系統(tǒng)用例敘述。表1以搜索用例中的二進制積累檢測為例給出其系統(tǒng)用例簡述。系統(tǒng)用例簡述主要由用例名稱、用例編號、用例圖、用例簡述、主要流程和例外流程組成。主要流程和例外流程是對系統(tǒng)用例的詳細設計描述，也是代碼編寫人員在編寫代碼時的主要依據(jù)。相比于傳統(tǒng)方法的軟件任務書只籠統(tǒng)的提出功能性要求，基于UML模型的系統(tǒng)用例以及簡述不但詳細并且準確描述出軟件模塊的具體功能，還可供項目管理者和編程人員正確的估算代碼編寫的工作量，合理的安排工作進度。

5狀態(tài)圖建模

狀態(tài)圖是系統(tǒng)的動態(tài)建模，用來描述系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及引起狀態(tài)轉移的條件和規(guī)則。因此，狀態(tài)圖由若干狀態(tài)以及引起狀態(tài)轉移的條件和規(guī)則組成。通過狀態(tài)圖可以了解系統(tǒng)在整個生命周期的運動軌跡。圖4為目標檢測的狀態(tài)圖。從圖4可以看出，狀態(tài)圖給出了目標檢測中搜索模式、截獲模式、跟蹤模式、憶跟蹤模式和進入盲區(qū)5個工作狀態(tài)是如何轉移的。比如，雷達導引頭在3次連續(xù)收到TZK指令后進入搜索模式;搜索到目標進入截獲模式，截獲模式截獲到目標進入跟蹤狀態(tài)，否則回到搜索狀態(tài)。

6類圖建模

類與對象是面向對象技術的基本元素，類是對本質相同一類事物的抽象。在UML中，類與對象模型用類圖和對象圖來表示，屬于靜態(tài)建模的范疇。面向對象程序設計與常規(guī)面向過程程序設計的重要區(qū)別是對象(或類)的封裝性。通過類(或對象)的這種封裝的屬性實現(xiàn)了對程序功能模塊的封裝，進而使整個程序做到“高內聚、低耦合”。正是這種特性使得軟件設計部件化成為可能，程序開發(fā)人員利用已開發(fā)好的軟件部件實現(xiàn)需要的功能，可以大大提高軟件開發(fā)的繼承性;另一方面，由于軟件開發(fā)可以大量繼承前期經過充分驗證的軟件部件，軟件的可靠性無疑也會大幅度提高。我們根據(jù)目標檢測的狀態(tài)圖，通過分析每個狀態(tài)的動作，最終確定完成這些動作需要構造哪些類。圖5中，我們構造了8個類:目標類、FPGA數(shù)據(jù)通訊類、伺服控制類、串口通訊類、導引頭模式切換類、跟蹤濾波類、AGC控制類和直流校正類。每個類都封裝了自己的數(shù)據(jù)和操作。

7序列圖建模

僅利用類圖，仍然難免有些操作無法預先想到，為此，需要進一步考察類的動態(tài)結構，即利用序列圖考察程序執(zhí)行時每一步驟需要執(zhí)行的具體操作。序列圖6通過描述對象之間發(fā)送消息的時間順序顯示對象之間的動態(tài)協(xié)作，重點是對象間消息傳遞的時間順序。序列圖有兩個坐標軸，橫坐標軸顯示對象，縱坐標軸顯示時間。根據(jù)靜態(tài)類圖和序列圖可以進一步發(fā)現(xiàn)開發(fā)程序所需要使用的類，從而得到更完備的類圖。到此為止，代碼編寫人員可依據(jù)導引頭系統(tǒng)的上述UML模型編寫出源代碼雛形。

結論

本文利用UML建模對雷達導引頭系統(tǒng)進行面向對象的軟件開發(fā)與設計，降低了軟件開發(fā)難度，保證了軟件質量，提高了軟件的可維護性和繼承性。目前，我們已成功將這項技術應用于某雷達導引頭系統(tǒng)軟件的開發(fā)中，在傳統(tǒng)方法的1/4時間內完成了整個系統(tǒng)軟件的設計和代碼編寫，并通過黑盒和白盒測試方法對程序模塊進行了充分的測試，進一步提高整個軟件系統(tǒng)的可靠性。下一步我們將逐步形成雷達導引頭軟件產品庫，進一步提高代碼復用性，同時將此技術推廣至其它導引頭項目的軟件開發(fā)中。

作者：劉婷張江華聶強李依林單位：西安電子工程研究所