軌道交通車輛軟件開發過程中的質量保證措施

劉長遠

（中車長春軌道客車股份有限公司電氣研發部，130062，長春∥高級工程師）

車輛軟件系統作為列車運行安全的關鍵系統，承擔著傳送列車運行控制命令、監測列車狀態信息、診斷設備故障數據及在線計算等多種任務。軟件開發全過程質量控制是保證其產品質量安全可靠的重要手段。如何實施軟件全生命周期質量管控，減少軟件產品缺陷，降低軟件開發成本，已成為軌道交通車輛軟件研發必須面臨的關鍵性課題。

1　軟件開發團隊

軌道交通車輛軟件開發團隊組織應符合中ISO 9000系列標準中的質量體系要求。該體系覆蓋整個生命周期的所有質量活動，包括計劃、開發、執行、管理、測試及問題報告等。該質量體系要求涉及管理者職責、質量體系、質量評審、設計控制、文件和資料控制、產品標志與可追溯性、過程控制、試驗、糾正及預防措施、質量記錄的控制、內部審核、培訓等方面內容。軟件開發團隊應按照相關的規程和準則實施。

如開發的軟件產品具有安全完整性等級，其軟件開發團隊成員中設計員、執行員、驗證員和確認員之間都必須具有相對獨立性。設計員、執行員和驗證員可通過項目經理進行管理，確認員與評估員應獨立于項目經理，其中確認員對軟件產品有批準和發布權。不存在約束條件的軟件產品其軟件開發團隊設計員，執行員、驗證員和確認員可以是同一個人。軌道交通車輛軟件開發團隊的組織架構如圖1所示。

2　軟件生命周期模型

軌道交通車輛軟件典型生命周期應包括需求階段、架構設計階段、編碼階段、測試階段、集成階段、確認階段和維護階段。軟件生命周期規劃了軟件開發的階段和活動，記錄貫穿整個軟件生命周期的所有與軟件相關的質量活動。生命周期模型定義每個階段軟件開發活動和主要質量任務與檢驗標準，以及每個任務和活動負責的組織部門。圖2為軟件生命周期圖。

圖1　軌道交通車輛軟件開發組織架構

圖2　軟件生命周期圖

3　軟件開發過程中質量保證措施

3.1　軟件需求質量

軟件系統需求階段應編寫軟件需求規范，闡述軟件的功能、可靠性、可維護性、安全性、易用性及可移植性等相關內容，描述應完整、清楚、準確。軟件需求可驗證、可測試、可維護，在生命周期所有階段均可追溯。軟件需求階段質量應建立軟件需求檢查單，確保每個軟件需求的正確性與完整性，從而保證軟件需求階段的質量。軟件需求應從合同、技術規范，順次追溯到軟件架構設計、軟件模塊設計、測試用例、軟件編碼。表1為軟件需求檢查單。

表1　軟件需求檢查單

3.2　軟件設計質量

軟件系統設計階段分為軟件架構設計與軟件組件（模塊）設計，包含下列內容：軟件組件應追溯到軟件架構設計；軟件組件與環境的接口描述；軟件組件之間的接口描述；組件功能的劃分；主要算法和順序；確定可追溯到上一級別的所有最低層軟件組件；與環境以及其它具體輸入輸出模塊的詳細接口；詳細的算法和數據結構；每個軟件模塊應可讀、易于理解和可測試。

為保證軟件的安全性與可靠性，在軌道交通車輛軟件設計階段，應基于EN 50128標準選用表2中的技術方法與措施［2］，其中包括形式化方法、模塊化方法、結構化編程等技術措施。采取適合軌道車輛軟件不同系統的設計技術措施組合，使其軟件架構設計與模塊設計達到相應軟件安全等級，從而保障軟件設計質量滿足軌道車輛用途要求。

表2　軟件設計技術措施

3.3　軟件編碼質量

軟件編碼階段其軟件開發應遵循制定的軟件編碼標準或相關規范。編碼標準是為了規范良好的編程習慣，嚴禁不安全的語言特性要求。編碼標準應定義模塊尺寸大小、編碼行數、注解率及復雜度等要求。依據編程語言定義編碼規范，如C、C++語言編碼規則可參照MISRA C、MISRA C++編程規范，結合自身軟件開發特點定制軌道車輛軟件系統編碼規范。

表3列舉了部分代碼質量檢查項點。通過代碼檢查可減少編碼錯誤，有效降低由編碼錯誤導致的車輛運行故障。

表3　軟件代碼質量檢查表

3.4　軟件測試質量

軟件測試階段應執行軟件模塊測試、軟件集成測試和軟件/硬件集成測試。為保證軟件測試達到預期結果，在軟件測試計劃中應描述測試階段所使用的標準、技術及工具，明確測試過程中所涉及人員的角色和職責，標志測試環境、測試工具、軟件編碼、測試用例及相關配置程序版本，完整記錄測試數據結果與錯誤或缺陷。基于EN 50128標準的測試技術包括概率測試、靜態分析、動態分析、軟件錯誤影響分析等措施。

選取適合的軟件測試技術能最大限度滿足測試用例覆蓋率的要求，從而可提高測試效率，保證測試過程的正確性與完整性。

3.5　軟件維護變更質量

軟件產品投入運營后應建立完善的軟件變更與版本升級流程。軟件發布后須提供軟件發布說明相關文件。該文件應描述已解決的問題，已知但仍未得到解決的問題，增加或更改的功能、要求及設計變更，相關軟件文檔的修改和文件審查的證據，測試計劃和測試結果的說明等。軟件發布說明應包含軟件全生命周期文件及文件版本。記錄和可交付的每個軟件應從其初次發布開始處于配置控制下。維護變更管理系統還應包括在全壽命周期期間使用的軟件開發環境，應包括所有的工具、編譯器、數據和試驗文件、參數文件和支持硬件平臺。

4　軟件質量評審

質量管理團隊應執行定期的軟件質量審核。在審核前應向軟件開發團隊提供軟件審核計劃。軟件審核計劃包括軟件審核時間、地點、審核依據的標準及內容等信息。進行軟件審核時，軟件開發團隊應向審核人員提供所有與軟件活動相關的人力資源配置、軟件工具、開發文件、軟件質量管理體系資質等材料。質量管理團隊要對軟件安裝記錄與軟件配置清單進行核對，以確認所安裝軟件版本的正確性，同時將軟件配置清單納入車輛履歷，并做到動態管理。

5　結語

本文針對軌道交通車輛軟件系統開發過程質量保證活動，提出建立軟件全生命周期質量管理體系：組建符合國際標準認證的軟件研發團隊，深入論述軟件需求階段、軟件架構設計、軟件編碼、軟件測試和維護變更管理階段質量保證措施；基于EN 50128標準,制定符合軌道交通車輛軟件開發全過程質量檢查單；選取合理的軟件設計技術措施，執行定期軟件質量評審。遵循上述質量管控策略可有效減少軟件產品缺陷，降低軟件開發過程后續成本，對提高軌道交通車輛軟件產品質量具有一定的指導實踐意義。

［1］PRESSMAN R S.軟件工程：實踐者的研究方法［M］.鄭人杰，馬素霞，譯.7版.北京：機械工業出版社，2011.

［2］CENELEC.Railway Applications—Communications，Signalling andProcessingSystems—SoftwareforRailwayControlandProtectionSystems：EN50128—2011［S］.Brussels：CENELEC，2011.

［3］張權范.軟件工程基礎［M］.北京：北京交通大學出版社，2009.

［4］黎照，黎連業，王華，等.軟件工程項目管理實用技術與常用模板［M］.北京：清華大學出版社，2012.

［5］孫國慶，李舒揚，李暉.TMIS工程軟件開發過程中的質量控制和質量保證［J］.鐵路計算機應用，2005，14（7）：50.

［6］張根紅.軟件開發過程質量保證策略研究［J］.計算機與網絡，2010，36（11）：47.