嵌入式與實時系統(tǒng)開發(fā)：使用UML、對象技術、框架與模式

第一部分  基礎知識
第1章  對象及統(tǒng)一建模語言介紹        2
1.1  對象的優(yōu)點        2
1.2  術語和概念        6
1.3  UML中的面向對象        6
1.3.1  對象        7
1.3.2  屬性        11
1.3.3  行為        11
1.3.4  消息傳遞        13
1.3.5  職責        15
1.3.6  并發(fā)        15
1.3.7  自主機器式對象        16
1.4  類圖        16
1.5  用例        24
1.6  順序圖        25
1.7  物理表示        26
1.8  圖中常見的元素        27
1.8.1  注釋        27
1.8.2  包        27
1.8.3  約束        28
1.8.4  構造型        29
1.9  小結        32
1.10  展望        33
1.11  練習        33
1.12  參考文獻        34
第2章  實時系統(tǒng)的基本概念        35
2.1  什么是實時系統(tǒng)        35
2.2  術語和概念        35
2.3  守時性        37
2.4  響應        39
2.5  并發(fā)        41
2.5.1  并發(fā)線程的調度        41
2.5.2  事件到達模式        42
2.5.3  線程匯合點模式        43
2.5.4  資源共享        44
2.6  可預測性        45
2.7  正確性和健壯性        46
2.7.1  死鎖        46
2.7.2  異常條件        48
2.7.3  競爭條件        49
2.8  分布式系統(tǒng)        50
2.9  容錯性和保險性        51
2.10  處理資源受限的目標環(huán)境        51
2.11  低層硬件接口        51
2.12  實時操作系統(tǒng)        51
2.12.1  可伸縮性        52
2.12.2  調度        52
2.12.3  實時操作系統(tǒng)的典型特征        52
2.13  小結        58
2.14  展望        58
2.15  練習        59
2.16  參考文獻        59
第3章  保險性關鍵系統(tǒng)的基本概念        60
3.1  保險性引論        60
3.1.1  Therac-25故事        60
3.1.2  其他故事        60
3.2  術語和概念        61
3.3  保險性相關故障        63
3.3.1  保險性是一個系統(tǒng)問題        64
3.3.2  隨機故障與系統(tǒng)故障        64
3.3.3  單點失效        65
3.3.4  共態(tài)失效        66
3.3.5  潛在故障        68
3.3.6  失效－保險狀態(tài)        68
3.3.7  實現(xiàn)保險性        68
3.4  保險性架構        70
3.4.1  單通道保護式設計        71
3.4.2  多通道表決模式        72
3.4.3  同構冗余模式        72
3.4.4  相異冗余模式        73
3.4.5  監(jiān)視器－傳動器模式        75
3.4.6  門禁模式        75
3.4.7  保險性執(zhí)行體模式        76
3.5  實現(xiàn)保險性的八個步驟        77
3.5.1  第一步：辨別危害        78
3.5.2  第二步：確定風險        82
3.5.3  第三步：確定保險性措施        83
3.5.4  第四步：建立保險性需求        84
3.5.5  第五步：創(chuàng)建保險性設計        84
3.5.6  第六步：實現(xiàn)保險性        85
3.5.7  第七步：確立保險性過程        89
3.5.8  第八步：測試，測試，測試        89
3.6  一些保險性相關的標準        91
3.7  小結        92
3.8  展望        93
3.9  練習        93
3.10  參考文獻        94
第4章  用于嵌入式系統(tǒng)的快速面向對象過程        96
4.1  引論        96
4.2  術語和概念        97
4.2.1  開發(fā)階段        97
4.2.2  排序        98
4.2.3  成熟度        99
4.3  開發(fā)任務序列        99
4.3.1  瀑布生命周期        99
4.3.2  迭代生命周期        100
4.3.3  開發(fā)原型        100
4.4  進度安排與估計        102
4.4.1  精確的進度計劃的好處        103
4.4.2  精確的進度計劃的困難        104
4.5  ROPES宏周期        105
4.6  分析        108
4.6.1  需求分析        108
4.6.2  系統(tǒng)分析        112
4.6.3  對象分析        113
4.7  設計        115
4.7.1  架構設計        117
4.7.2  機制設計        118
4.7.3  詳細設計        118
4.8  轉化        119
4.8.1  活動        120
4.8.2  制品        120
4.9  測試        120
4.9.1  活動        121
4.9.2  制品        121
4.10  小結        122
4.11  展望        122
4.12  練習        122
4.13  參考文獻        123
第二部分  分      析
第5章  實時系統(tǒng)的需求分析        126
5.1  引論        126
5.2  術語和概念        126
5.2.1  用例        126
5.2.2  消息和事件        127
5.2.3  場景、協(xié)議和狀態(tài)機        129
5.3  用例        130
5.3.1  用例間的關系        131
5.3.2  用例實例：空中交通控制系統(tǒng)        132
5.4  外部事件        135
5.5  指定外部消息        136
5.5.1  外部事件列表        136
5.5.2  響應時間        137
5.6  用例行為詳述        138
5.6.1  非形式文本描述        138
5.6.2  場景        139
5.6.3  順序圖        139
5.6.4  用狀態(tài)圖定義用例行為        141
5.7  確定用例        141
5.8  使用用例        143
5.9  制作好的需求分析圖的啟發(fā)式方法        143
5.9.1  用例圖的啟發(fā)式方法        144
5.9.2  用例的啟發(fā)式方法        144
5.9.3  用例順序圖的啟發(fā)式方法        144
5.10  小結        145
5.11  展望        145
5.12  練習        145
5.13  參考文獻        145
第6章  結構對象分析        146
6.1  引論        146
6.2  術語和概念        146
6.3  對象識別的關鍵策略        147
6.3.1  在名詞下劃線        149
6.3.2  識別因果代理        151
6.3.3  識別內聚性服務        152
6.3.4  識別現(xiàn)實世界的元素        152
6.3.5  識別物理設備        152
6.3.6  識別域的基本抽象        152
6.3.7  識別事務        154
6.3.8  識別持久性信息        154
6.3.9  識別可視化元素        155
6.3.10  識別控制元素        156
6.3.11  執(zhí)行對象模型中的場景        157
6.4  對象到類的具體化        159
6.5  識別對象關聯(lián)        160
6.5.1  多重性        162
6.5.2  關聯(lián)和鏈接        163
6.6  聚合與組合        163
6.7  對象屬性        163
6.8  泛化關系        165
6.9  AATCS實例：類圖        168
6.10  創(chuàng)建好的類圖的啟發(fā)式方法        171
6.11  小結        173
6.12  展望        174
6.13  練習        174
6.14  參考文獻        174
第7章  行為對象分析        175
7.1  引論        175
7.2  術語和概念        175
7.2.1  簡單行為        176
7.2.2  狀態(tài)行為        176
7.2.3  連續(xù)行為        180
7.3  UML狀態(tài)圖        186
7.3.1  基本狀態(tài)語義        186
7.3.2  轉換和事件        188
7.3.3  動作和活動        189
7.3.4  偽狀態(tài)        192
7.3.5  正交區(qū)與同步        193
7.3.6  基本狀態(tài)圖語法        194
7.3.7  繼承狀態(tài)模型        198
7.3.8  構造錯誤的狀態(tài)模型        198
7.3.9  實例：AATCS報警系統(tǒng)        201
7.4  場景在行為定義中的角色        204
7.4.1  時序圖        204
7.4.2  順序圖        206
7.4.3  活動圖        207
7.5  定義操作        210
7.5.1  操作的類型        212
7.5.2  定義操作的策略        214
7.6  狀態(tài)圖的啟發(fā)式原則        216
7.7  時序圖的啟發(fā)式原則        217
7.8  活動圖的啟發(fā)式原則        217
7.9  小結        218
7.10  展望        218
7.11  練習        218
7.12  參考文獻        219
第三部分  設      計
第8章  架構設計        223
8.1  引論        223
8.2  術語和概念        223
8.3  任務分配模型        224
8.3.1  表示任務        224
8.3.2  定義任務線程        230
8.3.3  將對象指派給任務        233
8.3.4  定義任務匯合        234
8.4  構件模型        238
8.5  部署模型        242
8.5.1  在UML中表示物理架構        243
8.5.2  多處理器系統(tǒng)        244
8.6  保險性/可靠性模型        248
8.6.1  同構冗余模式        249
8.6.2  相異冗余模式        249
8.6.3  監(jiān)視器-傳動器模式        251
8.6.4  門禁模式        253
8.6.5  保險性執(zhí)行體模式        254
8.7  小結        254
8.8  展望        255
8.9  練習        255
8.10  參考文獻        256
第9章  機制設計        257
9.1  引論        257
9.2  術語和概念        261
9.3  機制設計模式        267
9.3.1  正確性模式        268
9.3.2  執(zhí)行控制模式        273
9.4  小結        286
9.5  展望        287
9.6  練習        287
9.7  參考文獻        287
第10章  詳細設計        288
10.1  詳細設計引論        288
10.2  術語和概念        288
10.3  數(shù)據(jù)結構        289
10.3.1  基本表示類型        289
10.3.2  子范圍約束        292
10.3.3  派生屬性        296
10.3.4  數(shù)據(jù)集結構        298
10.4  關聯(lián)        299
10.5  對象接口        301
10.6  操作的定義        303
10.7  詳細算法設計        303
10.7.1  在UML中表示算法        304
10.7.2  算法實例：運行時數(shù)據(jù)插值        305
10.8  異常        310
10.8.1  基于源語言的異常處理        312
10.8.2  基于狀態(tài)的異常處理        316
10.9  小結        316
10.10  展望        317
10.11  練習        317
10.12  參考文獻        318
第四部分  高級實時對象建模
第11章  線程與可調度性        320
11.1  引論        320
11.2  術語和概念        320
11.2.1  基于時間的系統(tǒng)        320
11.2.2  反應式系統(tǒng)        321
11.2.3  時間概念        321
11.3  調度線程        329
11.3.1  速率單調調度        332
11.3.2  最早期限優(yōu)先調度        333
11.3.3  最弱松弛動態(tài)調度        333
11.3.4  最高緊迫性優(yōu)先調度        333
11.3.5  加權最短處理時間優(yōu)先調度        334
11.3.6  最小化最大遲滯調度        334
11.4  線程同步與資源共享        335
11.4.1  互斥信號量        336
11.4.2  Dekker算法        337
11.4.3  自旋鎖        339
11.4.4  計數(shù)信號量        339
11.4.5  條件變量        340
11.4.6  屏障        342
11.4.7  匯合對象        342
11.5  硬實時系統(tǒng)的可調度性分析        343
11.5.1  全局分析        343
11.5.2  帶任務阻塞的全局方法        346
11.5.3  計算阻塞        347
11.5.4  分離任務效用邊界        349
11.5.5  非周期性任務        350
11.6  軟實時系統(tǒng)的可調度性分析        351
11.6.1  溫和與模糊：軟環(huán)境下的守時性        352
11.6.2  軟可調度性        353
11.7  小結        354
11.8  展望        355
11.9  練習        356
11.10  參考文獻        357
第12章  動態(tài)建模        358
12.1  引論        358
12.2  術語和概念        358
12.3  行為模式        365
12.3.1  鎖存狀態(tài)模式        366
12.3.2  輪詢狀態(tài)模式        367
12.3.3  鎖存數(shù)據(jù)模式        369
12.3.4  設備方式狀態(tài)模式        370
12.3.5  事務狀態(tài)模式        371
12.3.6  構件同步狀態(tài)模式        371
12.3.7  屏障狀態(tài)模式        373
12.3.8  事件層次狀態(tài)模式        374
12.3.9  隨機狀態(tài)模式        377
12.3.10  空狀態(tài)模式        377
12.3.11  門禁狀態(tài)模式        378
12.3.12  可再觸發(fā)的計數(shù)器狀態(tài)模式        379
12.4  模型層的調試與測試        380
12.4.1  動畫調試        382
12.4.2  動畫測試        384
12.4.3  調試會話實例        386
12.5  小結        390
12.6  展望        392
12.7  練習        392
12.8  參考文獻        392
第13章  實時框架        393
13.1  引論        393
13.2  術語和概念        394
13.3  實時框架        395
13.3.1  架構支持模式        396
13.3.2  協(xié)作和分布模式        398
13.3.3  保險性和可靠性模式        402
13.3.4  行為模式        404
13.4  框架設計原理與度量        406
13.4.1  服務的集合        406
13.4.2  泛化層次結構        407
13.4.3  可替換構件        407
13.4.4  可移植性        408
13.4.5  命名和語法約定        408
13.4.6  性能        408
13.5  Rhapsody執(zhí)行框架（OXF）        409
13.5.1  Rhapsody架構        409
13.5.2  執(zhí)行框架        411
13.5.3  對象間關聯(lián)模式        412
13.5.4  使用C++標準模板庫        414
13.5.5  抽象操作系統(tǒng)        414
13.5.6  動畫框架        415
13.6  Rhapsody OXF框架應用實例        415
13.7  小結        427
13.8  練習        427
13.9  參考文獻        427
附      錄
附錄A  UML符號表示總結        429
附錄B  Rhapsody：完全構造性的UML可視化編程工具        445
附錄C  TimeWiz：用于時序分析的集成工具        453