大型機載信息化系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法及其應(yīng)用

王 杰，陳 陽

（中國電子科學(xué)研究院，北京 100041）

大型機載信息化系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法及其應(yīng)用

王 杰，陳 陽

（中國電子科學(xué)研究院，北京 100041）

針對目前大型機載信息化系統(tǒng)的軟件可靠性越來越重要，而傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗無法考核系統(tǒng)軟件可靠性，軟件可靠性測試無法考核綜合環(huán)境應(yīng)力下的軟件可靠性，以及軟硬件一體化可靠性指標(biāo)考核的問題，提出了大型機載信息化系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法解決這一問題的設(shè)想。該方法綜合考慮了傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗和軟件可靠性測試的優(yōu)點，并詳細(xì)給出一種大型機載信息顯示和控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例，充分地分析論證了該方法的可行性和科學(xué)性。

大型機載信息化系統(tǒng)；可靠性鑒定試驗；軟件可靠性；軟硬件一體化可靠性鑒定試驗

引言

隨著機載信息化裝備建設(shè)的迅速發(fā)展，各類軟件系統(tǒng)在大型機載信息化裝備上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。與此同時，軟件系統(tǒng)本身的規(guī)模和復(fù)雜性逐漸增加，從國外的經(jīng)驗看，大型機載信息化裝備軟件的可靠性水平比硬件的可靠性水平要低了一個數(shù)量級，所以軟件可靠性問題已成為制約信息化裝備正常運行和功能發(fā)揮的關(guān)鍵因素。（軟件可靠性是指在規(guī)定時間周期內(nèi)，在規(guī)定條件下程序執(zhí)行所需功能的能力[1]。）

軟件可靠性測試是在軟件生存周期的系統(tǒng)測試階段提高軟件可靠性水平的有效途徑，但其尚處于理論研究和應(yīng)用論證階段，并沒有大規(guī)模地應(yīng)用到信息化裝備研制中。軟件系統(tǒng)需駐留在硬件系統(tǒng)上，軟硬件相互融合對于軟件可靠性具有一定的影響，單獨地進(jìn)行軟件可靠性測試并不能反映信息化系統(tǒng)軟件的實際可靠性水平。部分專家認(rèn)為，系統(tǒng)所處的綜合環(huán)境應(yīng)力對于軟件可靠性具有一定程度的影響，軟件可靠性測試無法對綜合環(huán)境應(yīng)力下的軟件可靠性進(jìn)行考核。

傳統(tǒng)的可靠性鑒定試驗是將系統(tǒng)置于模擬實際使用狀態(tài)的綜合環(huán)境應(yīng)力下，根據(jù)統(tǒng)計試驗方案，作出系統(tǒng)接收或者拒收判決的可靠性試驗。試驗要求在試驗剖面設(shè)計的測試點對系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行測試，以檢驗系統(tǒng)是否失效，然而不測試時受試產(chǎn)品多處于待機狀態(tài)。此試驗無法體現(xiàn)軟件可靠性對于大型機載信息化裝備的重要性，無法較充分地對系統(tǒng)軟件可靠性進(jìn)行考核。

同時，當(dāng)前大型機載信息化裝備的可靠性分配往往只是分配給系統(tǒng)一個整體的可靠性指標(biāo)（即軟硬件一體化的可靠性指標(biāo)），所以需要對系統(tǒng)軟硬件一體化的可靠性指標(biāo)進(jìn)行考核。

1 軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法

軟硬件一體化可靠性鑒定試驗是在傳統(tǒng)的可靠性鑒定試驗中增加軟件試驗部分，將軟硬件一體化裝備系統(tǒng)按照傳統(tǒng)的可靠性鑒定試驗要求置于綜合環(huán)境應(yīng)力下，結(jié)合軟件可靠性測試方法，在試驗的全過程施加軟件應(yīng)力測試的一種可靠性鑒定試驗。該試驗方法增加了對系統(tǒng)軟件的實際使用方式和工作場景的考慮，與硬件組成部分一起構(gòu)成系統(tǒng)產(chǎn)品的綜合試驗場景與環(huán)境，使得產(chǎn)品的試驗方式與使用工況更加真實地反映產(chǎn)品實際工作狀態(tài)。

軟件測試是一種基于軟件需求覆蓋的測試，其目的在于驗證軟件產(chǎn)品的功能、性能等技術(shù)指標(biāo)是否準(zhǔn)確實現(xiàn)且全部覆蓋所有的軟件需求；同時從異常、邊界等方面發(fā)現(xiàn)軟件中存在的缺陷和問題，提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。針對在試驗中模擬受試產(chǎn)品實際使用場景的需要，可綜合系統(tǒng)任務(wù)剖面，硬件試驗剖面，軟件設(shè)計信息構(gòu)建系統(tǒng)軟件測試剖面，軟件測試剖面開發(fā)過程如圖1[2]。

圖1 軟件測試剖面開發(fā)過程

下面給出了一種大型機載信息顯示與控制系統(tǒng)（以下簡稱“信息顯示與控制系統(tǒng)”）軟硬件一體化可靠性鑒定試驗的具體應(yīng)用實例。

2 信息顯示與控制系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗

2.1 信息顯示與控制系統(tǒng)簡介

該信息顯示與控制系統(tǒng)軟件與嵌入式機載系統(tǒng)軟件相比，具有鮮明的特色，屬于復(fù)雜的信息處理和控制軟件系統(tǒng)。其具有的顯示與控制功能主要由軟件來實現(xiàn)，同時緊密依賴于軟件運行環(huán)境中的硬件設(shè)備和設(shè)施的軟硬件相結(jié)合，具有可視化的圖形操作界面，用于顯示任務(wù)數(shù)據(jù)信息，輔助操作員實現(xiàn)對任務(wù)數(shù)據(jù)的處理、控制等人機交互性能；具有需要在載機的不同飛行階段，執(zhí)行相應(yīng)的顯示與控制任務(wù)的任務(wù)場景多樣化等特點。所以傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗已不能充分考核系統(tǒng)可靠性，軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法則更適用。

信息顯示與控制系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)信息綜合顯示、系統(tǒng)健康狀況監(jiān)視、系統(tǒng)工作狀態(tài)和工作模式控制、任務(wù)管理、實時數(shù)據(jù)記錄、人機交互和集中加電等功能。

信息顯示與控制系統(tǒng)由多臺顯控計算機、多臺顯示器、1臺主任務(wù)計算機、1臺交換機等硬件設(shè)備和系統(tǒng)任務(wù)管理、系統(tǒng)監(jiān)控管理、任務(wù)數(shù)據(jù)記錄等軟件組成。

2.2 信息顯示與控制系統(tǒng)試驗方案

信息顯示與控制系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗選用GJB 899A中的方案30-2[3]，試驗過程中，受試產(chǎn)品若未發(fā)生或發(fā)生1次責(zé)任故障，則受試產(chǎn)品通過本次可靠性鑒定試驗，作出接收判決；若發(fā)生兩次或以上責(zé)任故障，則受試產(chǎn)品未通過本次可靠性鑒定試驗，作出拒收判決。

2.3 信息顯示與控制系統(tǒng)試驗剖面

信息顯示與控制系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性鑒定試驗剖面包含系統(tǒng)所處的綜合環(huán)境應(yīng)力剖面以及軟件測試剖面。

2.3.1 綜合環(huán)境應(yīng)力剖面

圖2 信息顯示與控制系統(tǒng)綜合環(huán)境應(yīng)力剖面

信息顯示與控制系統(tǒng)綜合環(huán)境試驗條件的應(yīng)力包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力和濕度應(yīng)力。綜合環(huán)境應(yīng)力剖面如圖2。

2.3.2 軟件測試剖面

軟件測試剖面構(gòu)建步驟具體如下：

1）確定任務(wù)剖面，根據(jù)受試產(chǎn)品完成相關(guān)任務(wù)時，所需要完成的各種特定任務(wù)，確定任務(wù)信息、任務(wù)執(zhí)行順序和執(zhí)行頻率等信息；

2）構(gòu)造功能剖面，根據(jù)軟件任務(wù)完成所涉及一個或若干個功能，明確功能信息、執(zhí)行頻率、功能間的約束關(guān)系等信息；

3）構(gòu)造操作剖面，針對每個功能來刻畫軟件的操作剖面，確定操作信息、操作執(zhí)行頻率、操作間約束等邏輯信息；

4）構(gòu)建測試剖面，根據(jù)構(gòu)建的使用剖面，隨機抽取確定具體的軟件激勵的內(nèi)容、數(shù)量以及施加順序，從而更加真實地模擬受試產(chǎn)品的使用場景。

2.3.2.1 任務(wù)剖面

信息顯示與控制系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)要求及其典型工作過程，任務(wù)剖面可分成如下幾個階段：

圖3 信息顯示與控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖

表1 信息顯示與控制系統(tǒng)功能剖面

表2 信息顯示與控制系統(tǒng)操作剖面

圖4 信息顯示與控制系統(tǒng)軟件測試剖面

1）飛行前準(zhǔn)備階段：包括進(jìn)行設(shè)備加電自檢、任務(wù)加載；

2）爬升階段：飛機起飛后，系統(tǒng)集中加電，進(jìn)入操作界面查看系統(tǒng)狀況；

3）執(zhí)行任務(wù)階段：通過操控界面進(jìn)行任務(wù)相關(guān)操作；

4）返航階段：數(shù)據(jù)卸載，系統(tǒng)關(guān)機。

信息顯示與控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖如圖3所示。

2.3.2.2 功能剖面（見表1）

2.3.2.3 操作剖面（見表2）

2.3.2.4 測試剖面（見圖4）

3 總結(jié)

為解決大型機載信息化系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性指標(biāo)考核的問題，本文提出一種軟硬件一體化可靠性鑒定試驗方法，它結(jié)合了傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗和軟件靠性測試方法，解決了傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗不能考核系統(tǒng)軟件可靠性、軟件可靠性測試不能充分應(yīng)用及無法考核綜合環(huán)境應(yīng)力下的軟件可靠性，以及軟硬件一體化可靠性指標(biāo)考核的問題。并給出一種機載大型信息顯示和控制系統(tǒng)開展軟硬件一體化可靠性鑒定試驗的詳細(xì)實例。通過實例分析表明，本文提出的軟硬件一體化可靠性鑒定試驗可以結(jié)合傳統(tǒng)可靠性鑒定試驗和軟件可靠性測試的優(yōu)點，能夠節(jié)省試驗的時間、節(jié)約經(jīng)費，同時能夠充分考核大型機載信息化系統(tǒng)軟硬件一體化可靠性指標(biāo)。

[1]Software Engineering Standards Committee. IEEEstandard dictionary of measures of the softwareaspects of dependability [ S/OL] . ( 2006-05-08) [ 2012-08-15 ].

[2]侯晨光,汪啟華.基于UML分層模型的機載軟件可靠性測試用例生成技術(shù)探討[A]．第四屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C]. 2010.

[3]GJB 899A-2009,可靠性鑒定和驗收試驗[S].

Research on the Integrated Reliability Qualif cation Test Method and Its Application for Hardware and Software in Large Airborne Information System

WANG Jie, CHEN Yang
(China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041)

Software reliability plays an increasingly important role in large airborne information system, while the traditional hardware reliability qualification test fails in assessing software reliability and the existing software testing methods are considered without the combined environmental stress. To solve the problem of assessing the integrated reliability index of hardware and software in large airborne information system, an integrated reliability qualification test method was proposed. This method possesses the merits of both the traditional reliability qualification test and software reliability testing. An application example of a large airborne information display and control system was presented in details, which was a sufficient analysis and demonstration of the feasibility and scientific nature of this integrated method.

large airborne information system; reliability qualification test; software reliability; integrated reliability qualification test for hardware and software

TP202+.1

A

1004-7204（2015）03-0021-04

王杰（1982-），男，黑龍江雞西人，工程師，主要從事系統(tǒng)工程可靠性技術(shù)及元器件相關(guān)技術(shù)研究。

陳陽（1986- ），女，遼寧省盤錦人，工程師，主要從事系統(tǒng)工程可靠性技術(shù)及系統(tǒng)綜合保障技術(shù)研究。