（交通信息工程及控制专业论文）可视化铁路信号图编辑和USB接口数据采集研究.pdf

摘要 y 5 8 6 3 8 1 摘要 信号是铁路运输系统中的重要组成部分之一。信号设备是否能够快速的进 入现代化， 采用微机控制和监测，关系到铁路部门是否能够高速运营发展及减 员增效， 起到促进国家经济建设的作用。 在铁路信号现代化的进程中，我们发现目前铁路信号设备的图形绘制，管 理正处于一个相对落后的状态。各类铁路信号图，尤其是被各种控制和监测系 统使用的电 子信号图的绘制和管理仍旧采用人工处理，或使用简单工具的方式 效率低、成本高、准确性差，大大地阻碍了铁路信号控制和监测现代化的 进程。 开发一个普遍适用于各个铁路部门， 适用于易学易用的wi n d o w s 界面环 境中的，所见即所得的可视化铁路信号图绘制系统，己 成为了当务之急，具有 很实际的现实意义。为此我们着眼于通用功能，结合目 前实际应用，开发了一 套可视化铁路信号图绘制系统， 功能强大， 适用性强， 并己 经应用到t f j c 驼峰信号微机监测系统中，带来了实际效益。 在铁路信号设备的控制和监测中，常常利用 p c或工控机对各种数据进行 采集。 传统的做法是使用r s - 2 3 2 或r s - 4 8 5 传输数据， 具有成本高、 稳定性低 等缺点。而通用串行总线 ( u n i v e r s a l a e ri a l b u s ，简称u s b )的出现，很好地 解决了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。 其中基于u s b接口的高速数据采集系统具有可靠性高、 数据不丢失、 抗干扰性 强、 便于数据传输和处理等优点， 因而具有良 好的 应用前景和很大的实用价值。 为此， 我们对开发u s b数据采集的软硬件进行了研究， 用以 提高铁路上常用的 数据采集的水平。 关键词: 微机监测，图形，通用串行总线 北京交通大学硕士研究生学位论文 abs tract s i g n a l i s o n e o f t h e m o s t i m p o rt a n t p a rt s i n t h e r a i l w a y t r a n s p o rt a t i o n s y s t e m . i f t h e r a i l w a y m u s t a d o p t d e p a r tm e n t w a n t s t o i m p r o v e t h e e ffic i e n c y a n d d e v e lo p r a p i d l y , t h e y t h e c o m p u t e rs u p e r v i s i o n e q u i p m e n t a n d c o n t r o m o d e rni z a t i o n o f t h e s i g n a l d e v e l o p m e n t o f t h e r a i l w a y e c o n o mi c c o n s t r u c tio n. as soon as s y s t e m p o s s i b l e . a n d r e a l i z e i n t h i s w a y c o u l d e n c o u r a g e t h e d e v e l o p m e n t o f t h e c o u n t ry i n t h e p r o c e s s t h e r a i l w a y m o d e rn i z a t i o n , w e f o u n d t h a t c u r r e n t l y t h e g r a p h i c s d r a w i n g a n d ma n a g e m e n t o f t h e r a i l w a y s i g n a l e q u i p m e n t d e v e l o p e d r e l a t i v e l y s l o w l y . a l l k i n d s o f r a i l w a y s i g n a l g r a p h i c s , e s p e c i a l l y t h o s e w h i c h a r e u s e d b y t h e s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l s y s t e m , s t i l l m a n a g e d b y h a n d o r b y t h e s i m p l e t o o l s . b e c a u s e o f i t s l o w e f f i c i e n c y , h i g h c o s t a n d l o w a c c u r a c y , t h i s k in d o f m a n a g e m e n t k e p t t h e m o d e rni z a t i o n o f t h e s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l s y s t e m d e v e l o p i n g v e ry s l o w l y . i t i s v e ry i m p o rt a n t a n d n e c e s s a ry t o d e v e l o p a n e w v i s u a l i z e d r a i l w a y s i g n a l g r a p h i c s d r a w i n g s y s t e m i n t h e wi n d o w s g r a p h i c s u s e r i n t e r f a c e w h i c h c o u l d e a s i l y a d o p t e d b y t h e r a i l w a y d e p a r t m e n t s . a c c o r d i n g t o o u r r e q u i r e m e n t s a n d t h e g e n e r a l f u n c t i o n s , w e d e v e l o p e d a v i s u a l i z e d r a i l w a y s i g n a l g r a p h i c s d r a w i n g s y s t e m w h i c h h as b e e n u s e d b y t h e h u m p s i g n a l c o m p u t e r s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l s y s t e m a l r e a d y . t h e f u n c t i o n s a n d th e a d a p t i v e a b i l i t y o f t h i s n e w s y s t e m a r e r e a l l y v e ry g o o d a n d b r o u g h t u s l o t s o f e c o n o m i c b e n e f i t s . i n t h e r a i l w a y s i g n a l e q u i p m e n t s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l s y s t e m , w e u s u a l l y u s e t h e p c o r in d u s t r i a l c o n t r o l c o m p u t e r t o a c q u i r e a l l k i n d s o f d a t a . t h e t r a d i t i o n a l w a y o f t h e d a t a t r a n s f e r i s t h r o u g h r s - 2 3 2 o r r s - 4 8 5 , a n d b i g g e s t s h o rt c o m i n g o f t h i s k i n d o f d a t a t r a n s f e r i s t h e h i g h c o s t a n d t h e l o w s t a b i l i t y . wi t h t h e u s b ( u n i v e r s a l a e r i a l b u s ) c o m i n g o u t , w e c o u l d o v e r c o m e t h e a b o v e s h o rt c o m in g s a n d 北京交通大学硕士研究生学位论文 r e a l i z e t h e lo w c o s t , h i g h r e l i a b i l i t y a n d m u lt i - p o i n t s d a t a a c q u i s i t i o n . b e c a u s e o f t h e a d v a n t a g e s o f t h e u s b h i g h s p e e d d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m , s u c h a s h i g h r e l i a b i l i t y , d a t a s a f e t y , a n t i - i n t e r f e r e n c e , e a s y d a t a t r a n s f e r a n d p r o c e s s i n g , t h i s s y s t e m d o e s h a v e a v e r y b r i g h t f u t u r e . t h e r e f o r e , w e d e v e l o p e d t h e s o f t w a r e a n d h a r d w a r e o f t h e u s b d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m t o i m p r o v e t h e l e v e l o f t h e d a t a a c q u i s i t i o n o f t h e r a i l w a y d e p a rt m e n t s . k e y w o r d s : c o m p u t e r s u p e r v i s o n , g r a p h i c s , u s b 一一 - 一 一 一 一 一 一 一 - - - - - - _t o _ 北京交通大学硕士研究生学位论文 第 1 章 绪论 1 . 1开发可视化铁路信号图绘制系统的意义 改革开放2 0 年来， 我国铁路事业飞速发展， 取得了突出的成绩， 真正担当 起了“ 国民经济大动脉” 的重任，承担了我国运输主渠道的任务。但是，不可否 认我国目 前铁路的总体水平还比较落后。尤其是目 前铁路信号设备的图形管理 仍然没有得到很好的开发，各类铁路信号图仍旧采用手工绘制。或在d o s 方式 下绘制， 或借用p r o t e l 等软件的功能， 没有一个功能强大的专业铁路信号图绘 制系统，绘图效率极其低下，不适于铁路的高速运营发展和铁路的减员增效及 扭亏为赢 开发适于w i n d o w s 的界面环境，并且具有较高可视化的铁路绘图软件，己 经成为了当务之急，具有很重要的现实意义。为了 进一步的提高绘制铁路信号 图的效率和质量，我们决定开发一个可视化的绘图工具。 这个工具应该像著名的矢量绘图软件m i c r o s o f t v i s i o 一样，可以“ 所见 即所得”( w y s i w y g , w h a t y o u s e e i s w h a t y o u g e t )的绘制铁路信号图，本 文就以 驼峰信号图为例， 介绍开发的详细过程， 我们将该工具命名为v i s i o t f . 它将可以非常方便的创建任意驼峰站场的铁路信号图，添加各种元素到图 中，编辑元素属性，移动元素位置，设置元素对应的开关量，并且大部分操作 都可以只用鼠标就实现。 1 .2使用u s b接口 进行铁路信号设备监测数据采集的意义 在铁路信号设备的监测中，常常利用 p c或工控机对各种数据进行采集。 这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如速度、温度、压力、频率等。 目 前常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有a / d卡以 及4 2 2 , 4 8 5 等 一一一一 _6- 北京交通大学硕士研究生学位论文 总线板卡。采用板卡不仅安装麻烦、易受机箱内 环境的干扰，而且由于受计算 机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。成本比较高，系 统不够稳定，且不利于这种监测系统间的互联。 而通用串行总线 ( u n i v e r s a l a e r i a l b u s ，简称 u s b )的出现，很好地解决 了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。其中 基于u s b总线的高速数据采集系统具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、 便于数据传输和处理等优点，因而具有良 好的应用前景和很大的实用价值。 为此， 我们对开发u s b数据采集的软硬件模块进行了研究， 用以提高铁路 上常用的数据采集的水平。 ， . 3论文内容及结构 本文主要介绍了铁路信号图绘制系统的开发以及 u s b 数据采集软硬件模 块研究情况。第一章是绪论分别介绍了这两项工作的意义，第二章介绍了可视 化铁路信号图绘制系统的设计情况， 第三章介绍了可视化铁路信号图绘制系统 的开发情况，第四章介绍了可视化铁路信号图绘制系统的应用情况，第五章介 绍了u s b数据接口的规范，第六章主要介绍u s b接口数据采集模块的研究探 索情况，最后，第七章总结全文，并进行了展望。 一. 一 ， .-， 一-一-川 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -.一一 一 一7- 北京交通大学硕十研究生学位论文 第2 章可视化铁路信号图绘制系统设计 2 . ，开发工具和平台的选择 该绘图软件决定采用内核坚固界面友好的wi n n t系统。同时为了系统的 高效稳定，开发的环境采用mi c r o s o ft v i s u a l c + + 6 .0 ，为了设计的准确细致， 用u ml作为设计语言，采用 r a t i o n a l r o s e 2 0 0 0 绘制u ml . 2 . 2 u m l 介绍 可视化铁路信号图绘制系统的设计和开发过程中大量的使用了 u ml ，因 此，首先简要地介绍一下u ml . 统一建模语言 ( u ml )是一个通用的可视化建模语言， 用于对软件进行描 述、可视化处理、构造和建立软件系统制品的文档。它记录了对必须构造的系 统的决定和理解， 可用于对系统的理解、 设计、 浏览、 配置、 维护和信息控制。 u ml适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域以 及各种开发工具，u m l是一种总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成 果的标准建模方法。 u ml 包括概念的语义， 表示法和说明， 提供了静态、 动态、 系统环境及组织结构的模型。它可被交互的可视化建模工具所支持，这些工具 提供了代码生成器和报表生成器。u ml 标准并没有定义一种标准的开发过程， 但它适用于迭代式的开发过程。它是为支持大部分现存的面向对象开发过程而 设计的。 u u ml描述了一个系统的静态结构和动态行为。u ml将系统描述为一些离 散的相互作用的对象，并最终为外部用户提供一定的功能的模型结构。静态结 一9- 北京交通大学硕士研究生学位论文 构定义了系统中的重要对象的属性和操作，以及这些对象之间的相互关系。动 态行为定义了对象的时间特性和对象为完成目 标而相互进行通信的机制。从不 同但相互联系的角度对系统建立的模型可用于不同的目的。 u ml还包括可将模型分解成包的结构组件， 以便于软件小组将大的系统分 解成易于处理的块结构，并理解和控制各个包之间的依赖关系，在复杂的开发 环境中管理模型单元。它还包括用于显示系统实现和组织运行的组件。 u ml 不是一门程序设计语言， 但可以使用代码生成器工具将u ml 模型转 换为多种程序设计语言代码，或使用反向生成器工具将程序源代码转换为 u ml . u m l不是一种可用于定理证明的高度形式化的语言，这样的语言有很 多种， 但它们通用性较差， 不易理解和使用。 u ml 是一种通用建模语言， 对于 一些专门 领域，例如用户图形界面 ( g u i )设计、超大规模集成电 路 ( v l s i ) 设计、 基于规则的人工智能领域， 使用专门的语言和工具可能会更适合些。 u ml 是一种离散的建模语言，不适合对诸如工程和物理学领域中的连续系统建模。 它是一个综合的通用建模语言，适合对诸如由计算机软件、固件或数字逻辑构 成的离散系统建模。 2 4 1 2 . 2 . 1 u ml的目 标 u ml语言的开发有多个目 标。首先， 最重要的目 标是使u ml这个通用的 建模语言，可供所有建模者使用。它并非某人专有，且建立在计算机界普遍认 同的基础上，即它包括了各种主要的方法并可作为它们的建模语言。至少， 我 们希望它能 够替 代o m t , b o o c h , 。 句 e c t o ry方法以 及参与u m l 建议制订的 其 他人所使用的方法建立的 模型。 其次， 我们希望 u m l采用源自o m t , b o o c h , o b j e c t o ry 及其他主要方法的表示法，即让它能够尽可能地很好地支持设计工 作，像封装、分块、记录模型构造思路。此外，我们希望u ml准确表达当前 软件开发中的热点问题，比如大规模、分布、并发、方式和团体开发等。 u ml的最终目 标是在尽可能简单的同时， 能够对实际需要建立的系统的各 一 9- 北京交通大学硕十研究生学位论文 个方面建模。 u ml 需要有足够的表达能力， 以 便可以处理现代软件系统中出现 的所有概念， 例如并发和分布，以及软件工程中 使用的技巧，如封装和组件。 它必须是一个通用语言， 像任何一种通用程序设计语言一样。 然而，这样就意 味着 u ml必将十分庞大，不可能像描述一个近乎于玩具一样的软件系统那样 简单。 现代语言和操作系统比 起4 0 年前要复杂多， 因为我们对它们的要求越来 越多。 u ml提供了多种模型， 不是在一天之内就能够掌握的。 它比先前的建模 语言更复杂，因为它更全面。但是你不必一下就完全学会它，就像学习任何一 种程序设计语言、操作系统或是复杂的应用软件一样。 2 . 2 . 2 u ml概念域 u m l 的概念和模型可以 分成以下几个概念域。 1 . 静态结构。 任何一个精确的模型必须首先定义所涉及的范围，即 确定有关应用、内部 特性及其相互关系的关键概念。 u ml的静态组件称为静态视图， 静态视图用类 构造模型来表达应用，每个类由 一组包含信息和实现行为的离散对象组成。对 象包含的 信息被作为属性， 它们执行的 行为被作为 操作。多个类通过泛化处理 可以 具有一些共同的结构. 子类在继承它们共同的 父类的结构和行为的基础上 增加了新的结构和行为。对象与其他对象之间也具有运行时间连接，这种对象 与对象之间的关系被称为类间的关联。一些元素通过依赖关系组织在一起，这 些依赖关系包括在抽象级上进行模型转换、 模板参数的 捆绑、 授予许可以 及通 过一种元素使用另一种元素等。另一类关系包括用例和数据流的合并。静态视 图主要使用类图。 静态视图 可用于生成程序中 用到的大多数数据结构声明。在 u ml 视图中还要用到其他类型的元素，比如接口、数据类型、用例和信号等. 这些元素统称为 类元，它们的行为很像在每 种类元上具有一定限制的类。 2 . 动态行为。 有两种方式对行为建模。 一种是根据一个对象与外界发生关系的生命历史: 一【 0- 北京交通大学硕士研究生学位论文 另一种是一系列相关对象之间当它们相互作用实现行为时的通信方式。孤立对 象的视图是状态机一当对象基于当前状态对事件产生反应，执行作为反应的一 部分的动作，并从一种状态转换到另一种状态时的视图。状态机模型用状态图 来描述。 相互作用对象的系统视图是一种协作，一种与语境有关的对象视图和相互 之间的链，通过数据链对象间存在着消息流。视图点将数据结构、控制流和数 据流在一个视图中统一起来。协作和互操作用顺序图和协作图来描述。对所有 行为视图起指导作用的是一组用例，每一个用例描述了一个用例参与者或系统 外部用户可见的一个功能。 3 ， 实现构造 u ml 模型既可用于逻辑分析又可用于物理实现。 某些组件代表了实现。 构 件是系统中物理上的可替换的部分，它按照一组接口 来设计并实现。它可以方 便地被一个具有同样规格说明的构件替换。节点是运行时间计算资源，资源定 义了一个位置。它包括构件和对象。部署图描述了在一个实际运行的系统中节 点上的资源配置和构件的排列以及构件包括的对象，并包括节点间内容的可能 迁移。 4 . 模型组织 计算机能够处理大型的单调的模型，但人力不行。对于一个大型系统，建 模信息必须被划分成连贯的部分，以便工作小组能够同时工作在不同部分上。 即使是一个小系统，人的理解能力也要求将整个模型的内容组织成一个个适当 大小的包。包是 u ml模型通用的层次组织单元，它们可以用于存储、访问控 制、置以管理配及构造包含可重用的模型单元库。包之间的依赖关系是对包的 组成部分之间的依赖关系的归纳。系统整个构架可以 在包之间施加依赖关系。 因此，包的内容必须符合包的依赖关系和有关的构架要求。 5 . 扩展机制 无论一种语言能够提供多么完善的机制，人们总是想扩展它的功能。我们 _i 飞_ 北京交通大学硕士研究生学位论文 己使u ml具有一定的扩展能力， 相信能够满足大多数对u ml扩充的需求而不 改变语言的基础部分。构造型是一种新的模型元素，与现有的模型元素具有相 同的结构，但是加上了一些附加限制，具有新的解释和图标。代码生成器和其 他的工具对它的处理过程也发生了变化。标记值是一对任意的标记值字符串， 能够被连接到任何一种模型元素上并代表任何信息，如项目管理信息、代码生 成指示信息和构造型所需要的值。标记和值用字符串代表。约束是用某种特定 语言 ( 如程序设计语言)的文本字符串表达的条件专用语言或自 然语言。u ml 提供了一个表达约束的语言， 名为o c l 。与所有其他扩展机制一样， 必须小心 使用这些扩展机制，因为有可能形成一些别人无法理解的方言。但这些机制可 以避免语言基础发生根本性变化。 2 . 2 . 3 u ml视图 u ml中的各种组件和概念之间没有明显的划分界限，但为方便起见，我 们用视图来划分这些概念和组件。视图只是表达系统某一方面特征的 u ml建 模组件的子集。视图的划分带有一定的随意性，但我们希望这种看法仅仅是直 觉上的。在每一类视图中使用一种或两种特定的图来可视化地表示视图中的各 种概念。 在最上一层， 视图被划分成三个视图域: 结构分类、 动态行为和模型管理。 结构分类描述了系统中的结构成员及其相互关系。 类元包括类、用例、构 件和节点，它为研究系统动态行为奠定了 基础。类元视图包括静态视图、用例 视图和实现视图。 动态行为描述了系统随时间变化的行为。行为用从静态视图中抽取的瞬间 值的变化来描述;动态行为视图包括状态机视图、活动视图和交互视图。 模型管理说明了模型的分层组织结构。包是模型的基本组织单元， 特殊的 包还包括模型和子系统。模型管理视图跨越了其他视图，并根据系统开发和配 置组织这些视图。 -一 ， ， ， ， 勺 . ， _1 2_ 北京交通大学硕士研究生学位论文 u ml还包括多种具有扩展能力的组件， 这些扩展能力有限但很有用。 这些 组件包括约束、构造型和标记值，它们适用于所有的视图元素。 表格 2 - 1 列出了u ml的视图和视图所包括的图，以及与每种图有关的主 要概念。不能把这张表看成是一套死板的规则，应将其视为对 u ml常规使用 方法的指导，因为u ml允许使用混合视图。 主要的域视 图图主要概念 结构 一 静态视图 用例视图 实现视图 部署视图 类图 用例图 构件 图 部署图 类、 关 联 、 泛 化 、 依 赖 关 系 、 实 现、 接口i 用例、参与者、关联、扩展、包括、用例泛化 构件、接口、依赖关系、实现 节点、构件、依赖关系、位置 动态 状 态 机 鲤 图 活动视 图 交互视图 状态机图 活动图 顺序图 协作图 状态、事件、转换、动作 状态、活动、完成转换、分叉、结合 交互、对象、消息、激活 协作、交互、协作角色、消息 模型管理i 模型管理视图 类图包 、 子 系 统 、 模 型 可扩展性 所有所有约束、构造性、标记值 表格 2 - 1 u ml视图和图 静态视图 静态视图对应用领域中的概念以及与系统实现有关的内部概念建模。这种 视图之所以被称之为是静态的，是因为它不描述与时间有关的系统行为， 此种 行为在其他视图中进行描述。静态视图主要是由 类及类间相互关系构成， 这些 相互关系包括: 关联、 泛化和各种依赖关系， 如使用和实现关系。一个类是应 用领域或应用解决方案中概念的描述。类图是以类为中心来组织的，类图中的 其他元素或属于某个类， 或与类相关联。静态视图用类图来实现，正因为它以 类为中心，所以称其为类图。 在类图中， 类用矩形框来表示，它的属性和操作分别列在分格中。如不需 要表达详细信息时，分格可以 省略。一个类可能出 现在好几个图中。同一个类 的属性和操作只在一种图中列出，在其他图中可省略。 关系用类框之间的连线来表示，不同的关系用连线上和连线端头处的修饰 符来区别。 _- - - - - - - - - - - - - - ， 一】 3- 北京交通大学硕士研究生学位论文 用例视图 用例视图是被称为参与者的外部用户所能观察到的系统功能的模型图。用 例是系统中的一个功能单元， 可以被描述为参与者与系统之间的一次交互作用。 用例模型的用途是列出系统中的用例和参与者，并显示哪个参与者参与了哪个 用例的执行。 交互视图 交互视图描述了执行系统功能的各个角色之间相互传递消息的顺序关系。 类元是对在系统内交互关系中起特定作用的一个对象的描述，这使它区别于同 类的其他对象。交互视图显示了跨越多个对象的系统控制流程。交互视图可用 两种图来表示:顺序图和协作图，它们各有不同的侧重点。 顺序图 顺序图表示了对象之间传送消息的时间顺序。每一个类元角色用一条生命 线来表示即用垂直线代表整个交互过程中对象的生命期，生命线之间的箭 头连线代表消息。 顺序图可以用来进行一个场景说明， 即一个事务的历史过程。 顺序图的一个用途是用来表示用例中的行为顺序。 当执行一个用例行为时， 顺序图中的每条消息对应了一个类操作或状态机中引起转换的触发事件。 协作图 协作图 对在一次交互中有意义的对象和对象间的链建模。对象和关系只有 是交互的才有意义。类元角色描述了一个对象，关联角色描述了协作关系中的 一个链。协作图用几何排列来表示交互作用中的各角色。附在类元角色上的箭 头代表消息。消息的发生顺序用消息箭头处的编号来说明。 协作图的一个用途是表示一个类操作的实现。协作图可以说明 类操作中用 到的参数和局部变量以及操作中的永久链，当实现一个行为时，消息编号对应 了程序中嵌套调用结构和信号传递过程。 状态机视图 状杰机视图是一个类对象所可能经历的所有历程的模型图。状态机由对象 一-一-一-. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . .一一一， 一一一， . . . . . . . . 目 . . . . . . . . . 月 . . . . . . . 目 . . ， 一叫 . . . . . _1 4 - 北京交通大学硕士研究生学位论文 的各个状态和连接这些状态的转换组成。每个状态对一个对象在其生命期中满 足某种条件的一个时间段建模，当一个事件发生时，它会触发状态间的转换， 导致对象从一种状态转化到另一新的状态。与转换相关的活动执行时，转换也 同时发生。状态机用状态图来表达。 活动视图 活动图是状态机的一个变体， 用来描述执行算法的工作流程中涉及的活动。 活动状态代表了一个活动:一个工作流步骤或一个操作的执行。活动图描述了 一组顺序的或并发的活动。活动视图用活动图来体现。 用连接活动和对象流状态的关系流表示活动所需的输入输出参数。 物理视图 前面介绍的视图模型是按照逻辑观点对应用领域中的概念建模。物理视图 对应用自 身的实现结构建模， 例如系统的构件组织和建立在运行节点上的配置。 这类视图提供了 将系统中的类映射成物理构件和节点的机制。 物理视图有两种: 实现视图和部署视图。 实现视图为系统的构件构件即构造应用的软件单元建模型，还包 括各构件之间的依赖关系，以便通过这些依赖关系来估计对系统构件的修改给 系统可能带来的影响。 部署视图描述位于节点实例上的运行构件实例的安排。节点是一组运行资 源，如计算机、设备或存储器。这个视图允许评估分配结果和资源分配。 部署视图用部署图来表达。 模型管理视图对模型自身组织建模。一系列由模型元素 ( 如类、状态机和 用例) 构 成的 包组成了 模型。 一个包( p a c k a g e ) 可能 包含其他的 包， 因 此， 整 个 模型实际上可看成一个根包，它间接包含了模型中的所有内容。包是操作模型 内容、 存取控制和配置控制的基本单元。每一个模型元素包含于包中， 或包含 于其他模型元素中。 模型是从某一观点，以一定的精确程度对系统所进行的完整描述。从不同 一1 5- 北京交通大学硕士研究生学位论文 的视角出发，对同一系统可能会建立多个模型，例如有系统分析模型和系统设 计模型之分。模型是一种特殊的包。 子系统是另一种特殊的包。它代表了系统的一个部分，它有清晰的接口， 这个接口可作为一个单独的构件来实现。 模型管理信息通常在类图中表达。 切涯 l 包含三种主要的扩展组件: 约束、 构造型和标记值。 约束是用某种形 式化语言或自 然语言表达的语义关系的文字说明。构造型是由建模者设计的新 的模型元素，但是这个模型元素的设计要建立在 u ml已定义的模型元素基础 上。标记值是附加到任何模型元素上的命名的信息块。 这些组件提供了扩展切功 l模型元素语义的方法， 同时不改变u 五 4 l定义的 元模型自身的语义。使用这些扩展组件可以组建适用于某一具体应用领域的 u ml用户定制版本。 ti cket d d b构件构造型表明这个是一个数据库构件，允许省略该构件的接 口 说明，因为这个接口 是所有数据库都支持的通用接口。建模者可以 增加新的 构造型来表示专门的模型元素。一个构造型可以带有多个约束、标记值或者代 码生成特性。 sc he duh n g 包中的 标记值说明fr a j i上m aitin要在年底世纪前完 成计划的 制 定。可以将任意信息作为标记值写于一个模型元素中建模者选定的名字之下。 使用文字有益于描述项目 管理和代码生成参数。大部分标记值保存为编辑工具 中的弹出信息，在正式打印出的图表中通常没有标记值。 2. 3程序界面结构框架 2. 3. imf c文档视窗结构 m f c的app wiz ar d 可以生成三种类型的应用程序: 基于对话框的应用、 单 一籣 _ 一一一粇， ，瑍内， 一1 6- 北京交通大学硕士研究生学位论文 文档应用 ( s d i ) 和多文档应用 ( md d. mf c应用程序模型历经多年已有了相 当大的发展。有一个时期，它只是个使用应用程序对象和主窗口 对象的简单模 型。在这个模型中，应用程序的数据作为成员变量保持在框架窗口 类中， 在框 架窗口的客户区中，该数据被提交显示器。随着mf c 2 . 0的问世，一种应用程 序结构的新方式一一mf c文档/ 视结构出现了。在这种结构中，c f r a m e wn d 繁 重的任务被委派给几个不同类，实现了数据存储和显示的分离。一般情况下， 采用文档/ 视结构的应用程序至少应由以下对象组成: 应用程序是一个c w i n a p p 派生对象， 它充当全部应用程序的容器。 应用程 序沿消息映射网络分配消息给它的所有子程序。 框架窗口是一 c f r a m e wn d 派生对象。 文档是一个c d o c u m e n t 派生对象， 它存储应用程序的数据， 并把这些信息 提供给应用程序的其余部分。 视窗是c v i e w派生对象， 它与其父框架窗口用户区对齐。 视窗接受用户对 应用程序的输入并显示相关联的文档数据。 通常，应用程序数据存在于简单模型中的框架窗口中。在文档/ 视方式中， 该数据移入称为 d o c u me n t 的独立数据对象。当然，文档不一定是文字，文档 是可以表现应用程序使用的数据集的抽象术语。而用户输入处理及图形输出功 能从框架窗口 转向视图。单独的视窗完全遮蔽框架窗口的客户区，这意味着即 使程序员直接绘画至框架窗口的客户区，视图仍遮蔽绘画，在屏幕上不出现任 何信息，所以输出必须通过视图。框架窗口 仅仅是个视图容器。 c d o c u m e n t 类对文档的 建立及归档提供支持， 并提供应用程序用于控制其 数据的接口。 md i 应用程序可以处理多个类型的文档， 每个类型的文档拥有一 个相关联的文档模板对象。文档对象驻留在场景后面，提供由视图对象显示的 信息。文档至少有一个相关联的视图，视图只能与一个文档相关联。 在文档/ 视方式中， 对象的建立是由 文档模板来管理的， 它是c d o c t e m p l a t e 派生对象，建立并维护框架窗口，文档及视。 .一一一， ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -一一分 . 一- 甲 . . 目. . . ，. _t 7- 北京交通大学硕士研究生学位论文 mf c调用命令处理程序， 以响应发生在应用程序中的事件。 命令发送的优 先级是: 活动的视图一 框架窗口一 文档一 应用程序一 默认窗口过程 总之，在文档/ 视方式中，文档和视是分离的，即:文档用于保存数据，而 视是用来显示这些数据， 文档模板维护它们之间的关系。 这种文档/ 视结构在开 发大型软件项目时特别有用。 在文档/ 视应用程序中，c w i n a p p对象拥有并控制文档模板，后者产生文 档、框架窗口及视窗。 从用户的角度来看，“ 视” 实际上是一个普通的窗口。像其他基于wi d n o w s 应用的窗口一样， 人们可以改变它的尺寸， 对它进行移动， 也可以随时关闭它。 若从程序员的角度来看， “ 视” 实际上是一个从m f c类库中的c v i 、 类所派生 出的类的对象。文档对象是用来保存数据的，而视对象是用来显示数据的，并 且允许对数据进行编辑。s d i 或md l 的文档类是由c d o c u m e n t 类派生出来的， 它可以有一个或多个视类， 而这些视类最终都是由c v i e w类派生出来的。 视对 象只有一个与之相联系的文档对象， 它所包含的c v i e w : : g e t d o c u m e n t 函数允许 应用在视中得到与之相联系的文档，据此，应用程序可以 对文档类成员函数及 公共数据成员进行访问。如果视对象接受到了一条消息，表示用户在编辑控制 中输入了新的数据，此时，视就必须通知文档对象对其内部数据进行相应的更 新。 如果文档数据发生了变化，则所有的视都必须被通知到，以便它们能够对 所显示的 数据 进行相应的 更新。 c d o c u m e n t : :u p d a t e a l lv i e w s 函 数即 可完成 此功 能。当该函数被调用时，派生视类的 c v i e w : :o n u p d a t e函数被触发。通常 o n u p d a t e 函 数要对文档进行访问， 读取文档数据， 然后再对视的 数据成员或控 制进行更新，以 便反映出文档的 变化。 另外， 还可以 利用 o n u p d a l e函 数使视 的部分客户区无效，以 便触发c v i e w : :o n d r a w函数，利用文档数据来重新对窗 口 进行绘制。 (3 1 . 勺. . . . . 一1 5， 北京交通大学硕士研究生学位论文 2 3 2 绘图程序框架结构 根据切实的需要，我们的绘图程序采用了单文档视窗结构。整个框架窗口 被分为几部分，最上边是菜单条，接下来是功能工具栏，左侧是元素选取工具 栏，下面是元素属性视图，中间是编辑视图。 图2 ，l 可视化铁路信号图绘制系统 框架中c v i s i o t f a p p 继承于c w i n a p p 是应用程序类，负责程序的启动退 出和消息循环。框架中c m a i n f r a m e 继承于c f r a m e w n d 是主框架窗口类，负 责控制程序的主窗口。他装载了菜单，并创建了功能工具栏、状态工具栏和状 态条，并使用c s p l i t t e r w n d 将客户区一分为二，在上边创建了c v i s i o t f v i e w 作为编辑视图，在下边创建了c p r o p e r t i e s v i e w 作为元素属性视图。c a b o u t d l g 北京交通大学硕士研究生学位论文 是关于对话框的控制类。 当不同的元素被选中的时候，我们需要动态的更换相应的元素属性视图。 每种元素都拥有自己的属性视图类型。 图2 - 2 界面框架结构类图 2 4 铁路信号图元素数据结构 驼峰监测系统目前共涉及7 种不同的元素：灯、矩形、轨道、绝缘节、信 号机、道岔和文本。 北京交通大学硕士研究生学位论文 是关于对话框的控制类。 当不同的元素被选中的时候，我们需要动态的更换相应的元素属性视图。 每种元素都拥有 自己的属性视图类型。 一 几 一 c w m a p p _- ( 1 内 却 ! c a io n 内 d k mu 叻 c s c rofme w :协岁 几_ - ( f r o m v i e w 峥 万c v s i o t f a p p c v i s i o t f vie w c s w it c h p r o p e r t ie s v ie 叫/ 才c t r a c k 日 r o p e rt ie 卿 e u j , 味 c p r o p e rt i e s v i e w c s i g n a l p r o p e rt i e s v明 c l ig h t p r o p e rt ie s v e w 盯e x t p r o p e rt i e s v i e w _/ _ c l s o l u t e p a i n t p o 巾 e r t ie s v ie wc r e c i a n 妙 e p r o p e r t i e s v i e w 图 2 - 2界面框架结构类图 2 . 4铁路信号图元素数据结构 驼峰监测系统目 前共涉及7 种不同的元素:灯、矩形、轨道、绝缘节、信 号机、道岔和文本。 ，. . . . . . . . . . 一2 0- 北京交通大学硕士研究生学位论文 2 .4 . 1元素基类 为了使程序更加简洁、高效以及便于扩展，我们采用了面向对象的方法， 定义元素类型。 首先定义的是元素类的基类 c i t e m. clt e r n on 七p n o : in t o 0 o n x n e n t : c s t r in g p r r i_ ilt e rn t y p e : in t 染 air ixm uloetrran sm ato f ， 丁 旧n s co o r d2 ma lr