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    衛(wèi)星軟件測試中的可靠性分析技術(shù)研究

    2017-11-20 19:41:44周楷林徐白
    電腦知識與技術(shù) 2017年27期
    關(guān)鍵詞:軟件測試

    周楷林+徐白

    摘要:衛(wèi)星型號所使用的軟件為嵌入式軟件。軟件能否正常工作成為了保障衛(wèi)星安全的重要條件之一。軟件可靠性分析技術(shù)則是保障嵌入式軟件可靠性的重要手段。軟件可靠性也成為中國航天領(lǐng)域最重視的方面之一。如何在軟件測試過程中采用可靠性分析方法,將軟件問題準(zhǔn)確定位,提高軟件可靠性,是軟件第三方測試所亟待解決的問題。

    關(guān)鍵詞:衛(wèi)星軟件;軟件測試;SFMEA;SFTA

    中圖分類號: TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:1009-3044(2017)27-0227-02

    1 軟件可靠性分析技術(shù)

    軟件可靠性分析技術(shù)包括SFMEA和SFTA技術(shù)。SFMEA(軟件故障模式與影響分析[1])是一種自底向上的可靠性分析方法,該方法將失效模式作為基礎(chǔ),以失效影響或后果為中心,根據(jù)分析層次和因果關(guān)系推理、歸納進(jìn)行分析,來識別軟件的薄弱環(huán)節(jié),提出改進(jìn)措施建議。

    SFTA(軟件故障樹分析)是一種自頂向下的軟件可靠性和安全性分析方法[2],用于表明軟件中哪些模塊的故障、外部事件或者它們的組合導(dǎo)致軟件發(fā)生故障的邏輯圖[1]。

    2 軟件測試的可靠性分析

    本文根據(jù)衛(wèi)星型號軟件測試的特點(diǎn),并結(jié)合SFMEA和SFTA各自的特點(diǎn)和分析方法,提出一個軟件測試的可靠性分析方法。

    該方法分析流程如下:

    1) 從軟件的設(shè)計(jì)文檔開始分析,對軟件進(jìn)行層次結(jié)構(gòu)的劃分;2)參照《衛(wèi)星型號軟件失效模式庫》建立擬分析系統(tǒng)的失效模式清單,清單建立完成后進(jìn)入下一步;3)軟件故障原因分析;4)軟件故障影響分析;5)確定軟件故障的嚴(yán)酷度等級;6)糾正措施分析;7)軟件是否更改,如果更改,要對更改進(jìn)行分析;8)建立SFMEA工作表;9)進(jìn)行軟件測試10)發(fā)現(xiàn)故障則進(jìn)入下一步,否則只根據(jù)上面的SFMEA分析結(jié)果給出結(jié)論;11)將所發(fā)現(xiàn)故障定為頂事件,建立故障樹;12)進(jìn)行故障樹定性分析;14)進(jìn)行故障樹定量分析;15)故障復(fù)現(xiàn);16)結(jié)合SFMEA工作表,將引起軟件故障的軟件錯誤進(jìn)行定位;17)綜合分析結(jié)果,給出糾正措施,最后給出測試結(jié)論。

    具體實(shí)施流程如圖1所示。

    3 軟件測試過程中的可靠性分析技術(shù)應(yīng)用

    3.1 被測件描述、層次結(jié)構(gòu)劃分以及SFMEA

    被測件是某型號衛(wèi)星數(shù)傳終端機(jī)1553B總線通信軟件,屬于嵌入式軟件,主要負(fù)責(zé)完成1553B的接口及與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的串口通信功能。

    通過分析層次劃分,總結(jié)出該軟件SFMEA工作表,如表1所示。

    3.2 被測件的軟件故障樹分析

    根據(jù)實(shí)際測試需要,該被測件的動態(tài)測試采用全數(shù)字仿真來模擬,沒有硬件故障的因素干擾,因此在本文中硬件都是假設(shè)完好的。

    在測試時發(fā)現(xiàn)串口接收到由上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)異常,通過Keil軟件的command窗口中發(fā)現(xiàn),串口不斷發(fā)出數(shù)據(jù)0。根據(jù)SFTA的分析方法[3][4],將串口接收數(shù)據(jù)錯誤定為頂事件,并逐層向下分析,分析可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的直接原因,并逐步深入,直到查找出全部的基本故障原因或原因組合為止(即找到基本底事件),并用事件符號和邏輯門符號對故障樹進(jìn)行描述,即建立了軟件故障樹。本文所建立的故障樹如圖2所示。

    3.3 最小割集及其定性分析

    對圖2使用下行法找該故障樹的最小割集。通過下行法找到該故障樹的最小割集共有七個,分別為{X1},{X2,X3,X5},{X2,X4,X5},{X3,X5,X6},{X4,X5,X6},{X3,X5,X7},{X4,X5,X7}。

    對于最小割集的定性分析 [5],根據(jù)每個最小割集所包含底事件的數(shù)目(階數(shù))進(jìn)行排序,在各個底事件發(fā)生概率相互差別不大的情況下,可按如下原則對最小割集進(jìn)行比較:

    1) 階數(shù)越小的最小割集越重要;

    2) 在低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要;

    3) 在最小割集階數(shù)相同的條件下,在不同最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要。

    根據(jù)以上原則,底事件的重要性從高到低依次如下:X1(未能成功發(fā)送握手信號),X5(和校驗(yàn)正確),X3(包長為0),X4(包長為FFFFH),X2(包頭為1071H),X6(包頭為1072H),X7(包頭為1073H),其中X3與X4的重要性相同,X2、X6和X7的重要性相同。

    3.4 被測件的SFMEA和SFTA綜合分析及結(jié)論

    結(jié)合被測件的SFMEA工作表,可以確定基本底事件X1、X2、X5、X6、X7不會產(chǎn)生串口接收數(shù)據(jù)故障,底事件X3和X4會產(chǎn)生串口數(shù)據(jù)接收故障。由于模塊A遙控數(shù)據(jù)傳輸功能、模塊C遙控數(shù)據(jù)傳輸功能和模塊D密鑰數(shù)據(jù)傳輸功能中讀包長函數(shù)都使用了死循環(huán)判斷等待當(dāng)前讀寫狀態(tài)。

    對故障進(jìn)行再現(xiàn),分別用包長為0和FFFFH的模塊A注數(shù)指令包、包長為0和FFFFH的模塊C注數(shù)指令包、包長為0和FFFFH的模塊D密鑰更新數(shù)據(jù)包作為輸入數(shù)據(jù)包,從1553B總線向串口發(fā)送,結(jié)果如表2所示。

    根據(jù)以上分析結(jié)果,可以確定由于被測件在進(jìn)行等待讀寫狀態(tài)編程方式采用死循環(huán)來判別的方式,并且未對讀取包長的長度予以限制,所以建議被測件采取軟件看門狗設(shè)計(jì)或在讀包長時增加條件判斷語句,將包長小于1或包長大于128的數(shù)據(jù)包進(jìn)行丟棄處理,以保證被測件不會出現(xiàn)類似故障。

    4 總結(jié)

    本文利用提出的軟件測試過程中的可靠性分析方法和實(shí)施流程,對被測件進(jìn)行了軟件故障模式及影響分析,并給出被測件的SFMEA工作表;對在被測件動態(tài)測試中所發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行了軟件故障樹分析,建立故障樹,確定最小割集,進(jìn)行定性分析。在SFMEA和SFTA綜合分析中,對軟件故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn),精確定位故障點(diǎn),最后提出改正意見,提高軟件的可靠性。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 何鑫,楊順昆,劉斌.基于FMEA/FTA的嵌入式軟件故障診斷模型與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測量與控制.2009.17(1).

    [2] 孫志安.軟件可靠性工程進(jìn)展[J].船舶電子工程,2008(6):171-175.

    [3] 楊海成.航天型號軟件工程[J].中國宇航出版社,2011:159-162.

    [4] 蔡開元.軟件可靠性工程基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社,1995

    [5] 劉品.可靠性工程基礎(chǔ):第三次修訂版[M],中國計(jì)量出版社,2005endprint

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