概述

本章介绍了流端口，它们允许在块和部件之间传输物品流，以及标准端口，它们允许在块和部件上调用服务。端口是块或部件与其环境之间的交互点，通过连接器与其他端口相连。指定系统元素上的这些端口的主要动机是允许设计具有明确定义接口的模块化可重用块。（注意：块拥有其端口，因此端口是块定义的一部分。）本章还规定了连接器和关联之间的物品流。

Standard Ports 标准端口

标准端口标明了所属块向其环境提供的服务（提供）以及所属块期望从其环境中获得的服务（需要）。通过将标准端口的服务类型化为提供的和/或所需的接口，可以实现对服务的规范。一般来说，标准端口用于面向服务的组件和/或架构的背景下，无论是在指定软件组件还是在将基于服务的方法应用于系统规范时都会使用。标准端口通常包含指定双向数据流的操作，因此它们通常用于对等的同步请求/回复通信中。服务的一种特殊情况是信号接收，它表示信号实例的单向通信，其中对请求的处理是异步的。块可以通过具有所需接口的行为端口调用操作和/或发送信号。块必须实现其行为端口提供的接口中指定的所有操作。此外，块必须对其行为端口提供的接口中指定的所有信号作出反应。非行为端口通过非行为端口与内部部件之间的内部连接器将操作和信号委托给/从其内部部件传递。例如，表示汽车自动变速器的块可以具有一个标准端口，指定Transmission块可以接受切换档位的命令。标准端口是UML 2端口的另一个名称；它们由相同的元类定义并使用相同的符号表示法。

一个块可以通过其具有所需接口的行为端口调用操作和/或发送信号。块必须实现其行为端口提供的接口中指定的所有操作。此外，块必须对其行为端口提供的接口中指定的所有信号作出反应。非行为端口将操作和信号委托给/从其内部部件通过非行为端口与内部部件之间的内部连接器进行处理。

例如，表示汽车中自动变速器的块可以具有一个标准端口，指定Transmission块可以接受切换档位的命令。标准端口是UML 2端口的另一个名称；它们由相同的元类定义并使用相同的符号表示法。

Flow Ports 流端口

流端口指定了可能在块与其环境之间流动的输入和输出项。流端口是数据、物质或能量可以进入或离开所属块的交互点。关于何物可以流动的规范是通过将流端口类型化为流动的事物来实现的。这可以包括将原子流端口与表示流入或流出的物品的单一类型进行类型化，或者通过流动规范将多个流动物品列出来对非原子流端口进行类型化。例如，表示汽车中自动变速器的块可以具有一个指定输入为“扭矩”的原子流端口，以及一个指定输出为“扭矩”的原子流端口。更复杂的流端口可以指定一组信号和/或流入和流出流端口的属性。通常情况下，流端口用于异步、广播或发送并忘记的交互。流端口扩展了UML 2端口。

Item Flows 物品流

物品流代表了在块和/或部件之间以及关联或连接器之间流动的物品。与流端口指定了块内部的“可以”流动的内容不同，物品流指定了在特定的使用情境中块和/或部件之间“实际”流动的内容。这个重要的区别使得块可以根据使用情境以不同的方式相互连接。例如，一个储罐可以包括一个可以作为输入接受流体的流端口。在特定的使用情境中，“汽油”流过连接器进入其流端口；在另一个使用情境中，“水”流过连接器进入其流端口。物品流将指定在特定使用情境中连接器上“实际”流动的内容（例如，汽油、水），而流端口指定了可以流动的内容（例如，流体）。这使得物品流与流端口之间可以进行类型匹配，从而有助于接口兼容性分析。

物品流可以从活动图中的对象节点分配，也可以从状态机通过连接器发送信号。流分配在第15章“分配”中进行描述，并且可以用于帮助确保模型的不同部分之间的一致性。

区分

标准端口 (Standard Ports)

• 定义：标准端口用于指定块或部件与外部环境之间的交互点，允许块提供或调用服务。它们是块或部件的接口，用于定义外部可以访问的操作和信号。
• 作用：标准端口用于定义块提供的服务（提供的接口）以及块期望从外部环境中获得的服务（所需的接口）。通过标准端口，块可以与其他块、部件或外部系统进行交互。
• 适用场景：主要用于同步的请求/回复通信，允许块之间进行操作调用和信号交互。

流端口 (Flow Ports)

• 定义：流端口用于描述物品（数据、物质、能量等）在块或部件与外部环境之间的流动。它们是数据或物质流入或流出的交互点。
• 作用：流端口定义了数据、物质或能量如何进入或离开块或部件。它们用于描述实际的物品流动，可以是原子的（单一类型）或非原子的（多个类型）。
• 适用场景：主要用于异步、广播或发送并忘记的交互，允许不同类型的物品在块之间流动。

物品流 (Item Flows)

• 定义：物品流代表了在不同块或部件之间流动的实际物品。它描述了物品如何在不同块之间流动，可以跨越关联、连接器等。物品流描述了实际的物品传递过程。
• 作用：物品流定义了在特定使用情境下块之间实际流动的物品。与流端口不同，物品流描述了实际的流动，而不仅仅是可能的流动。
• 适用场景：用于描述块或部件之间实际的物品传递，允许在不同使用情境下进行物品流动的定义。

Diagram Elements

Extensions to Block Definition Diagram 块定义图扩展

Extensions to Internal Block Diagram 内部图扩展

UML Extensions

Diagram Extensions

FlowProperty

流端口是一个交互点，通过该交互点，诸如数据、物质或能量之类的物品的输入和/或输出可以流动。流端口的符号表示是位于所属块或其使用情境边界上的一个正方形。流端口的标签采用 portName: portType 的格式。原子流端口内部有一个箭头，指示端口相对于所属块的方向。非原子流端口有两个相向而开的箭头（即 < >）。正方形的填充颜色为白色，线条和文本颜色为黑色，除非流端口是共轭的，这时正方形的填充颜色为黑色，文本为白色。此外，流端口可以列在一个标有 “流端口” 的特殊区域内。每行的格式为：in | out | inout portName:portType [{共轭}]

FlowSpecification

流属性是一个从块流出或流入的单一流元素。流属性与属性具有相同的符号表示，只是在前面加上了方向前缀（in | out | inout）。流属性在一个标有 “flowProperties” 的区域中列出。

ItemFlow

物品流描述了在连接器或关联之间物品的流动。物品流的符号是连接器或关联上的一个黑色箭头。箭头指向目标元素。对于带有物品属性的物品流，标签显示物品属性的名称和类型（格式为 name: type）。否则，物品流的标签显示所传递分类器的名称。当表示多个具有相同方向的物品流时，只显示一个三角形，然后以逗号分隔的物品流列表会呈现出来。

StandardPort

标准端口的语义与 UML 2 端口的语义相同。引入了一个名称更改，以强调这种类型的端口（支持基于服务的交互）与流端口（支持面向流的交互）之间的区别。标准端口使用与 UML 2 端口类似的符号表示：一个方形符号标识块上的端口。端口的名称放置在方形符号附近。一个“棒棒糖”标识提供的接口。一个“插座”标识所需的接口。还可以使用替代的隔间符号来显示块拥有的端口，而不使用方形符号表示法。该隔间标记为 “standard ports”。端口被显示为由块拥有的特征。

Stereotypes

Package Ports&Flows
Port Stereotypes

ItemFlow Stereotype

Block

Description

块可能拥有标准端口和/或流端口。

FlowDirection

Description

流动方向（FlowDirection）是一个枚举类型，定义了用于指定输入和输出方向的字面值。流动方向被用于流属性，以指示属性相对于其所有者是输入还是输出。字面值包括：

in：表示流属性是所属块的输入。
out：表示流属性是所属块的输出。
inout：表示流属性既是所属块的输入又是输出。

FlowPort

Description

流端口是一个交互点，通过该交互点，诸如数据、物质或能量等物品的输入和/或输出可以流动。这使得所属块能够声明与其环境之间可能交换的物品，以及进行交换的交互点。我们区分原子流端口和非原子流端口。原子流端口传递由单一块、值类型或信号分类器分类的物品。非原子流端口传递由流规范指定的多种类型的物品。

原子流端口和非原子流端口的区别是根据流端口的类型进行的：如果流端口由流规范进行类型化，则它是非原子的；如果流端口由块、值类型或信号分类器进行类型化，则它是原子的。

流端口及其关联的流规范定义了块与其环境之间的“可以流动的是什么”，而物品流则在特定使用情境下指定了“实际流动的是什么”。

流端口将物品传递给其所属块，或者传递给将其与其所有者的内部部件连接起来的连接器（内部连接器）。

从 UML 端口继承的 isBehavior 属性的解释如下：如果 isBehavior 设置为 true，则物品会传递到/从所属块。更具体地说，流端口内的每个流属性都与端口所属块拥有的属性或其行为的参数绑定。如果 isBehavior 设置为 false，则流端口必须连接到一个内部连接器，通过连接器将物品与端口关联起来。isBehavior 的需求主要是允许规定内部部件通过流端口将物品传递到其包含的部分。

继承自 UML Port 元类的 isConjugated 属性的解释如下：它指示非原子流端口的物品流是否保持流规范中指定的方向，或者是否将流规范中指定的每个流属性的方向反转（IN 变为 OUT，反之亦然）。如果设置为 True，则由非原子流端口类型化的流规范指定的所有流属性的方向都在相反方向传递（即，“in”流属性在流端口中被视为“out”流属性，反之亦然）。默认情况下，该值为 False。这个属性仅适用于非原子流端口，因为原子流端口具有表示流动方向的方向属性。

Semantic Variation Points 语义变化点

流属性在端口上与行为参数和/或块属性的绑定是一个语义变化点。一种方法是进行名称和类型匹配。另一种方法是显式地使用端口属性与行为参数或块属性之间的绑定关系。

Attributes

属性：
• /isAtomic: 布尔类型（派生属性）
这是一个派生属性（从流端口的类型派生而来）。对于由流规范类型化的流端口，该属性的值为 False，否则值为 True。
• direction: FlowDirection（流动方向）
指示原子流端口传递其物品的方向。如果方向设置为“in”，则物品从外部连接器经过流端口传递到流端口的所有者（或其部件）中。如果方向设置为“out”，则物品从流端口的所有者通过流端口经过连接到流端口的外部连接器。如果方向设置为“inout”，则物品可以双向流动。默认情况下，值为 inout。

Constraints

[1] 流端口必须由 FlowSpecification、Block、Signal 或 ValueType 进行类型化。

[2] 如果流端口是原子的（通过其类型判断），则 isAtomic 必须为 True，方向必须被指定（具有值），isConjugated 未被指定（没有值）。

[3] 如果流端口是非原子的，并且类型化该端口的 FlowSpecification 具有流属性方向为 “in”，则 FlowPort 方向为 “in”（如果 isConjugated=true，则为 “out”）。如果所有流属性均为 out，则 FlowPort 方向为 out（如果 isConjugated=true，则为 in）。如果流属性既有 in 又有 out，则方向为 inout。

[4] 流端口可以通过连接器与一个或多个具有匹配流属性的流端口连接。流属性的匹配在以下步骤中完成：

（1）类型匹配：被发送的类型与接收的类型相同或是接收类型的子类型。
（2）方向匹配：如果连接器连接两个相互外部的部件，则流属性的方向必须相反，或至少其中一个端点应为 inout。如果连接器位于一个流 端口所有者的内部，则方向应相同，或至少其中一个端点应为 inout。
（3）名称匹配：如果在另一端存在类型和方向匹配的多个流属性，将选择具有相同名称的属性。如果没有这样的属性，则连接是不明确的（错误形式）。

[5] 如果流端口未连接到内部部件，则 isBehavior 应设置为 true。

FlowProperty

Description

FlowProperty 表示一个可以流向/从块的单个流元素。流属性的值可以从外部块接收或传输。流属性直接定义在块上，或者在类型化流端口的流规范上。

流属性使得在连接部分对应的块类型之间实现物品流，可以直接实现（在块上定义属性的情况下）或通过流端口。对于块、数据类型和值类型属性，将连接器一端的块使用上的 “out” FlowProperty 值设置为另一端块使用上的 “in” FlowProperty 值，会在流属性匹配的情况下赋予相同的值。类型为 Signal 的流属性意味着发送和/或接收信号的使用。类型为 Signal 的 “out” FlowProperty 意味着拥有该块的块可以通过连接器广播信号，而 “in” FlowProperty 表示拥有块可以接收该信号。

Attributes

• direction：FlowDirection（流动方向）
指定属性值是从外部块接收（direction=“in”）、传输到外部块（direction=“out”）还是两者皆有（direction=“inout”）。

Constraints

[1] FlowProperty 的类型为 ValueType、Block 或 Signal。

[2] “in” 方向的 FlowProperty 属性值不能由其所属的块进行修改。

FlowSpecification

Description

FlowSpecification 作为一组流属性，指定了输入和输出。流规范用于流端口，以指定通过端口可以流动的物品。

Constraints

[1] 流规范不能拥有操作或接收（它们只能拥有 FlowProperties）。
[2] 每个 FlowSpecification 的 “ownedAttribute” 必须是一个 FlowProperty。

ItemFlow

Description

一个 ItemFlow 描述了在连接器或关联中物品的流动。它可以通过它们的流属性来约束块、块使用或流端口之间的物品交换。例如，连接的泵和储罐：泵具有类型为液体的 “out” 流属性，而储罐具有类型为液体的 “in” 流属性。为了表示只有水在泵和储罐之间流动，我们可以在连接器上指定一个类型为 Water 的 ItemFlow。

可以使用可能被传递的分类器来标记 ItemFlow。例如：标记为 Water 可能意味着 Water 的用法可以通过该 ItemFlow 传递。此外，如果有一个物品属性（对应于传递的分类器），那么可以使用物品属性来标记物品流。例如，一个标记为 “liquid: Water” 的标签意味着物品流传递的是水，并且这个传递与物品流的 “liquid” 物品属性相关联，即一旦传递了水，“liquid” 物品属性就被设置了。

Attributes

• itemProperty：Property [0…1]
一个可选属性，将流动的物品与连接器所在的封闭块的实例关联起来。这个属性仅适用于分配给连接器的物品流。如果物品流分配给一个关联关系，则其多重性为零。

Constraints

[1] 在 InformationFlow 的源和目标之间必须存在 Connector、关联关系或继承的关联关系。
[2] ItemFlow 的 itemProperty 必须由块或 ValueType 类型化。
[3] ItemProperty 是源和目标所拥有的块的属性。
[4] itemProperty 的类型应与 conveyedClassifier 相同或是其子类型。
[5] 如果信息流的源和目标之间只有一个关联关系，item property 不能有值。
[6] 如果一个 ItemFlow 有一个 itemProperty，那么必须有一个传递的分类器与 item property 的类型相匹配。
[7] 如果一个 ItemFlow 有一个 itemProperty，那么它的名称应该与物品流的名称相同。

Usage Examples

Standard Ports

下图是混合动力SUV示例问题中使用的 ibd:PwrSys 图的一个片段。ecu:PowerControlUnit 部件有三个标准端口，每个标准端口都连接到另一个部件的标准端口。在这个示例中，每个标准端口都有一个提供的接口和一个要求的接口，用于指定可以通过端口发送的消息。例如，I_ICECmds 接口指定了 setMixture 和 setThrottle 操作，如附录B中的图B.20所示。这个接口由 InternalCombustionEngine 的 ctrl 端口提供，并且由 PowerControlUnit 的 ice 端口要求。由于 ecu:PowerControlUnit 部件和 ice:InternalCombustionEngine 部件通过这些端口连接在一起，ecu:PowerControlUnit 部件可以通过其 ice 端口向 ice:InternalCombustionEngine 部件发送 setThrottle 和 setMixture 消息，通过连接器将其传递到 ice:InternalCombustionEngine 的 ctrl 端口。通过发送这些消息，PowerControlUnit 可以设置 InternalCombustionEngine 的油门和混合比。相反，InternalCombustionEngine 可以通过在其 ctrl 端口上具有 I_ICEData 接口（如附录B中的图B.20所示）作为要求的接口，并将此端口连接到 PowerControlUnit 的 ice 端口，在那里提供了这个接口，从而报告（通知）其温度、转速和敲击传感器的变化。

Atomic Flow Ports and Item Flows

下图是混合动力SUV示例中的一部分，我们可以看到燃料如何在燃油箱组件（FuelTankAssy）和内燃机（InternalCombustionEngine）之间流动。燃料泵通过 FuelTankAssy 的 p1 端口排出燃料，燃料通过燃料供应管（fuelSupplyLine）连接器流向内燃机的燃料接口端口（fuelFittingPort），然后通过其他类型为 Fuel 的原子流端口分配给内部引擎部件。一些燃料通过燃料回流管（fuelReturnLine）连接器从燃料接口端口返回到燃油箱组件。注意，可以将单个流端口连接到多个连接器：在这个示例中，外部连接器上的燃料接口端口的流向由燃油管另一侧的流端口的方向以及燃油管上的物品流方向隐含确定。内部连接器上的流向由引擎内部部件的原子流端口的方向隐含确定。下图还展示了 ItemFlow 的用法。在这里，每个物品流都有一个物品属性（fuelSupply:Fuel 和 fuelReturn:Fuel），表示燃料在燃料管线上的实际流动。

Non-Atomic Flow Ports and Flow Specification

下图展示了一种将 PowerControlUnit 通过 CAN 总线连接到其他部件的方法。由于总线连接以广播异步通信为特点，流端口被用于将部件连接到 CAN 总线。为了指定流端口之间的流动，我们需要像附录B中的图B.21中所做的那样指定流规范。在这里，FS_ICE 流规范具有三个流属性：一个类型为信号（ICEData）的"out"流属性和两个类型为实数的"in"流属性。这使得内燃机（InternalCombustionEngine）能够通过其 fp 流端口传输一个 ICEData 信号，该信号将通过 CAN 总线传输到 PowerControlUnit 的 ice 端口（一个由 FS_ICE 流规范类型化的共轭流端口）。这个单一的信号携带了发动机的温度、转速和敲击传感器信息。此外，PowerControlUnit 可以通过 FS_ICE 流规范的 mixture 和 throttlePosition 流属性来设置内燃机的混合比和油门位置。