嵌入式系统的实时性、并发性、分布性和高可靠性等特点使得系统的开发面临巨大挑战，迫切需要相应的开发方法的指导和开发工具的支持。 UML是工业界事实上的建模标准，越来越多地应用于嵌入式系统的开发。但UML当前版本在描述嵌入式系统某些特性方面能力有限，并且UML语言自身的非形式化特点使得模型缺乏一致性保证。这些都导致UML在嵌入式系统领域中应用时，需要进行必要的扩展以提高其建模能力，同时确保各模型间的一致性。 该论文从工程实践的需求出发，分别对这两方面内容进行了研究。 此外，工业上现场总线通信协议是典型的嵌入式系统，现场总线通信协议栈的开发成为工业自动化领域的一个重要任务。因此，该论文还研究了基于扩展UML的通信协议栈的开发方法，以及现场总线通信协议的通用抽象模型。 该论文的主要工作和贡献有以下几点： (1)提出一种面向嵌入式系统开发的UML扩展。UML扩展使得UML可以描述嵌入式系统的时间约束、并发任务和协议实体内部调用等方面的特性，为UML在嵌入式系统尤其通信协议领域中的应用作了重要的技术准备；同时在UML扩展的基础上，提炼出UML模型到代码的映射方法，以发挥模型对编程过程的指导作用，为协议自动实现提供必要的技术基础。 (2)研究UML顺序图与状态图一致性问题。在UML扩展基础上，形式化定义UML顺序图、状态图，以及验证两个框图模型之间语法一致性、语义一致性和时间一致性的判据，为实现自动检测提供理论基础。 (3)提出一个基于扩展UML的通信协议栈的一般开发过程。具体说明如何使用UML框图或建模元素实现开发过程中各阶段的基本任务，对通信协议栈的开发具有工程指导作用。 (4)在研究多种现场总线通信协议基础上，提出现场总线通信协议的抽象模型。该模型为现场总线通信协议栈的验证和开发提供基本框架，为设计新的或统一的协议标准提供模型参考。 (5)应用该论文方法进行现场总线基金会高速以太网FFHSE协议栈的开发。实践表明了该论文所提出的方法可以提高开发效率，保证开发质量。并通过一个典型的现场总线控制系统示范工程，充分展示了现场总线控制系统在工程、操作和诊断等方面的能力与优势。