近二十年来我国国产大飞机和航天事业迎来了快速的发展周期,与之配套的航空、航天电子软件系统的有研发技术也随之取得了迅速的发展。众所周之,航空、航天电子和软件系统的可靠性对飞机和航天器的安全至关重要,为此这些领域都出台了非常全面的标准对电子软件的整个研发过程进行规范,并通过第三方权威机构的审计和认证确保这些标准的严格执行,最终保障飞机和航天器长时间的安全可靠运行。

就民用航空电子来说,RTCA和ERUOCAE共同努力,由RTCA于1992年12月首次发布了DO-178B标准,该文件概述了供开发机载设备的组织和认证机构(例如FAA,EASA和加拿大运输部)使用的指南。EUROCAE则以ED-12B的形式发布了该文件。经过近二十年的衍变,于2011年底获得RTCA批准的DO-178C成为了商用航空电子软件系统开发和认证的新标准,并将逐步取代DO-178B. 无论是DO-178B还是DO-178C都规定了机载系统开发要遵循的过程,包括对软件开发测试的各个阶段要求的规定,特别是对基于软件高级和低级需求的测试所要达成结构覆盖度的关键要求。

 类似地,我国航天、军用航空以及国防军工行业也发布了符合本土需求的相关标准和规范,如GJB-5000A,GJB -438B等。即便国际标准和国内标准除了在所实施的应用领域各有侧重,其在核心理念和方法上有着非常大的相似度。

那么如何在软件的开发和测试过程中高效地满足这些DO-178B, DO-178C, GJB-5000A等标准并确保系统的可靠性和正确性,则成为了软件研发科研院所和相关企业的重中之重。

航空航天和军工-1

需求和挑战

  • 民用飞机系统和军用飞机系统的测试要求和方法有何不同?

  • 标准那么多,对软件研发和测试的复杂要求如何落地?

  • 传统的黑盒、白盒、灰盒测试如何应用在航空、航天和国防军工软件系统中?

  • 有哪些自动化的手段可以提高软件设计和测试效率?

  • 已经采购过很多开发和测试工具,哪一款最实用?

  • DO-178B和DO-178C对辅助的自动化工具有何要求?

解决方案

  • 结构覆盖分析,使用VectorCAST完美满足适航认证所要求的完整的结构覆盖率

  • 耦合验证,使用VectorCAST满足DO-178C对耦合(Coupling)验证的要求

  • 白盒测试,使用Klocwork和VectorCAST高效地完成码静态分析、单元和模块集成测试

  • 黑盒测试,由“VT System + vTESTstudio + CANoe”集成的Vector HiL系统测试平台,提供针对航空电子网络系统的开发、测试、自动化、网络分析和实物仿真平台

  • 灰盒测试,DT10支持系统跟踪执行、复杂缺陷回溯、性能测试和长时间可靠性验证

  • 可追溯性,使用Visure Requirements进行需求管理并形成覆盖软件生命周期的可溯性

  • 提供相关工具的适航合规性鉴定包

  • 软件研发工程咨询和测试服务

特别值得关注

  • 结构覆盖

  • 耦合验证和覆盖

  • 单元测试

  • 系统测试

  • 性能测试

  • 可追溯性

  • 工具鉴定

  • 结构覆盖

    DO-178B, DO-178C要求统计“基于需求的测试用例所达成的测试结构覆盖率 (Structural Coverage)”,这些测试用例可以是基于上层产品设计或概要设计的功能测试用例,也可以是基于下层的详细设计的模块、单元测试用例,最终需要将测试用例累加分析形成汇总的100%的结构覆盖率。DO-178B, DO-178C所要求的统计结构覆盖的主要技术难点在于插装算法膨胀太大、局限于单一测试阶段、工具鉴定要求高、及对仿真环境或目标机支持有缺陷或太复杂。VectorCAST能完美解决这些问题。

    VectorCAST所提供的测试完整性验证功能可以实现对软件各个层面的测试覆盖率的统计,包括系统功能测试和单元、集成测试所达成的代码覆盖率,前者主要应用于要求DO-178B, DO-178C标准的民用飞机系统的测试中,后者则更多使用在实施GJB要求的军用飞机或其它各类国防军工系统之中。VectorCAST可以统计多类覆盖率结果,包括语句覆盖、分支覆盖和MC/DC覆盖等,以满足DO-178B, DO-178C不同等级的质量要求。

  • 耦合验证和覆盖

    DO-178B要求识别设计中的耦合,包括控制耦合(Control Coupling)和数据耦合(Data Coupling),并证明代码中有且仅有这些耦合;DO-178C则增加了要求验证这些耦合在基于功能需求的动态测试过程中被执行到了。对于研发团队来说,DO-178B要求的耦合尚且能通过手动静态分析完成,DO-178C要求的耦合动态测试覆盖率则成为了一个不得不借助工具的难点。

    VectorCAST提供专门的工具模块VectorCAST/Coupling支持对C和C++代码的控制耦合和数据耦合进行分析、验证和覆盖率统计,并可以与已有的VectorCAST测试环境结合使用。VectorCAST/Coupling通过静态分析识别代码中的耦合关系,并在应用程序执行过程中对这些耦合关系进行实时验证,以满足DO-178B, DO-178C对耦合的要求。

  • 单元测试

    为了满足178B, DO-178C 对下层设计需求的测试,VectorCAST嵌入式软件动态测试工具为单元测试、集成测试提供了专门的自动化解决方案,利用自动化创建的测试环境、测试用例自动生成、测试用例图形化设计平台、灵活的管理机制、全面的覆盖率统计功能及对40多种常用开发环境的良好支持,可以有效提高单元测试70-80%的效率。VectorCAST也通过了国际权威机构的认证,完全符合DO-178B, DO-178C和GJB-5000A标准的要求。

  • 系统测试

    无论是否要求DO-178B, DO-178C还是其它认证,产品发布前都需要经过系统测试的验证。由“VT System + vTESTstudio + CANoe”组建的Vector HiL航空电子网络实物仿真和系统测试平台,可以为基于A429 (ARINC 429), AFDX (ARINC 664),CAN (ARINC 825)和以太网协议的航空电子网络系统。通过集成I/O接口、激励、电源控制等硬件板卡,和上层的测试设计和执行软件,提供包含测试设计、测试执行、网络分析和自动化的一整套系统测试平台解决方案,协助用户加速测试环境的搭建、测试自动化、自动回归测试,最终显著提高测试效率,降低人工成本。Vector HiL系统测试平台,可以和VectorCAST的结构覆盖统计功能、Visure Requirements需求管理平台集成,形成一站式的测试和报告解决方案。

  • 性能测试

    利用DT10动态测试和跟踪调试工具,可以长时间跟踪软件的执行过程,实时对软件执行中的各个函数、模块、任务、代码段和CPU负载等不同维度的执行性能进行度量和瓶颈分析。这些性能测试的数据,还可以用来佐证实时系统程序最差情况执行时间(WCET)的分析结果,实现实际和理论值的相互印证。

  • 可追溯性

    使用Visure Requirements需求管理系统,管理从上层产品设计,到概要设计到下层的详细设计的各个层级的设计过程,并与常用的开发测试类系统集成,以此实现无论是适航认证DO-178B, DO-178C标准还是国军标GJB-5000A都有要求的,对软件研发过程的可追溯性,更确切地说是,研发过程各个环节之间的双向可追溯性,包括:

        • 软件的系统需求和概要设计之间

        • 概要设计和详细设计之间

        • 软件需求和测试用例之间

        • 测试用例和缺陷之间

    最终形成需求可追溯矩阵(Requirements Traceability Matrix)。DO-178B和DO-178C对可追溯性的要求的最直接的目的就在于保证研发流程各个环节的信息一致性,及准确、高效的变更影响分析,保证最终交付成果不会偏离预计的目标。


  • 工具鉴定

    VectorCAST提供符合DO-178B, DO-178C A~C级所要求的工具鉴定包(Qualification Kits)。DO-178B, DO-178C规定,对于标准文档所规定的流程,若开发者通过某个工具消除、减少或者自动化实现,而无需人工验证输出时,该软件工具必须要经过严格鉴定。VectorCAST因为将测试过程和统计耦合、代码结构覆盖率的过程进行了自动化,所以在基于DO-178B或DO-178C标准的适航认证项目中,必须对其进行鉴定。VectorCAST可以提供完整的、合规的鉴定包,并且已经成功应用于波音、空客、霍尼韦尔、通用电气、柯林斯、泰雷兹等50多个适航认证项目中。

    • 工具鉴定数据(TQD)

      工具鉴定数据(TQD)

    • 工具操作需求(TOR)

      工具操作需求(TOR)

    • VectorCAST<br/>工具鉴定包

      VectorCAST
      工具鉴定包

相关产品

相关资源

  • 白皮书

  • 新闻资讯

  • 使用Visure Requirements满足DO-178B-C对需求管理的要求_白皮书

    点击下载

  • 使用VectorCAST满足DO-178B-C对航空电子软件耦合验证的要求_白皮书

    点击下载

  • 利用VectorCAST进行DO-178B-C软件验证_白皮书

    点击下载

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