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近二十年來全球飛機和航太事業迎來了快速的發展週期，與之配套的航空、航太電子軟體系統的有研發技術也隨之取得了迅速的發展。眾所周之，航空、航太電子和軟體系統的可靠性對飛機和航天器的安全至關重要，為此這些領域都出臺了非常全面的標準對電子軟體的整個研發過程進行規範，並通過協力廠商權威機構的審計和認證確保這些標準的嚴格執行，最終保障飛機和航天器長時間的安全可靠運行。

就民用航空電子來說，RTCA和ERUOCAE共同努力，由RTCA於1992年12月首次發佈了DO-178B標準，該檔概述了供開發機載設備的組織和認證機構（例如FAA，EASA和加拿大運輸部）使用的指南。EUROCAE則以ED-12B的形式發佈了該檔。經過近二十年的衍變，於2011年底獲得RTCA批准的DO-178C成為了商用航空電子軟體系統開發和認證的新標準，並將逐步取代DO-178B. 無論是DO-178B還是DO-178C都規定了機載系統開發要遵循的過程，包括對軟體發展測試的各個階段要求的規定，特別是對基於軟體高級和低級需求的測試所要達成結構覆蓋度的關鍵要求。

 類似地，我國航太、軍用航空以及國防軍工行業也發佈了符合本土需求的相關標準和規範，如GJB-5000A，GJB-438B等。即便國際標準和國內標準除了在所實施的應用領域各有側重，其在核心理念和方法上有著非常大的相似度。

那麼如何在軟體的開發和測試過程中高效地滿足這些DO-178B, DO-178C, GJB-5000A等標準並確保系統的可靠性和正確性，則成為了軟體研發科研院所和相關企業的重中之重。

航空航太和軍工-1

需求和挑戰

  • 民用飛機系統和軍用飛機系統的測試要求和方法有何不同？

  • 標準那麼多，對軟體研發和測試的複雜要求如何落地？

  • 傳統的黑盒、白盒、灰盒測試如何應用在航空、航太和國防軍工軟體系統中？

  • 有哪些自動化的手段可以提高軟體設計和測試效率？

  • 已經採購過很多開發和測試工具，哪一款最實用？

  • DO-178B和DO-178C對輔助的自動化工具有何要求？

解决方案

  • 結構覆蓋分析，使用VectorCAST完美滿足適航認證所要求的完整的結構覆蓋率

  • 耦合驗證，使用VectorCAST滿足DO-178C對耦合（Coupling）驗證的要求

  • 白盒測試，使用Klocwork和VectorCAST高效地完成程式碼靜態分析、單元和模組集成測試

  • 黑盒測試，由“VT System + vTESTstudio + CANoe”集成的Vector HiL系統測試平臺，提供針對航空電子網路系統的開發、測試、自動化、網路分析和實物模擬平臺

  • 灰盒測試，DT10支援系統跟蹤執行、複雜缺陷回溯、性能測試和長時間可靠性驗證

  • 可追溯性，使用Visure Requirements進行需求管理並形成覆蓋軟體生命週期的可溯性

  • 提供相關工具的適航合規性鑒定包

  • 軟體研發工程諮詢和測試服務

特別值得關注

  • 結構覆蓋

  • 耦合驗證和覆蓋

  • 單元測試

  • 系統測試

  • 性能測試

  • 可追溯性

  • 工具鑒定

  • 結構覆蓋

    DO-178B, DO-178C要求統計“基於需求的測試用例所達成的測試結構覆蓋率 (Structural Coverage)”，這些測試用例可以是基於上層產品設計或概要設計的功能測試用例，也可以是基於下層的詳細設計的模組、單元測試用例，最終需要將測試用例累加分析形成匯總的100%的結構覆蓋率。DO-178B, DO-178C所要求的統計結構覆蓋的主要技術難點在於插裝演算法膨脹太大、局限于單一測試階段、工具鑒定要求高、及對模擬環境或目的機支持有缺陷或太複雜。VectorCAST能完美解決這些問題。

    VectorCAST所提供的測試完整性驗證功能可以實現對軟體各個層面的測試覆蓋率的統計，包括系統功能測試和單元、集成測試所達成的程式碼覆蓋率，前者主要應用於要求DO-178B, DO-178C標準的民用飛機系統的測試中，後者則更多使用在實施GJB要求的軍用飛機或其它各類國防軍工系統之中。VectorCAST可以統計多類覆蓋率結果，包括語句覆蓋、分支覆蓋和MC/DC覆蓋等，以滿足DO-178B, DO-178C不同等級的品質要求。

  • 耦合驗證和覆蓋

    DO-178B要求識別設計中的耦合，包括控制耦合（Control Coupling）和資料耦合（Data Coupling），並證明程式碼中有且僅有這些耦合；DO-178C則增加了要求驗證這些耦合在基於功能需求的動態測試過程中被執行到了。對於研發團隊來說，DO-178B要求的耦合尚且能通過手動靜態分析完成，DO-178C要求的耦合動態測試覆蓋率則成為了一個不得不借助工具的難點。

    VectorCAST提供專門的工具模組VectorCAST/Coupling支援對C和C++程式碼的控制耦合和資料耦合進行分析、驗證和覆蓋率統計，並可以與已有的VectorCAST測試環境結合使用。VectorCAST/Coupling通過靜態分析識別程式碼中的耦合關係，並在應用程式執行過程中對這些耦合關係進行即時驗證，以滿足DO-178B, DO-178C對耦合的要求。

  • 單元測試

    為了滿足178B, DO-178C對下層設計需求的測試，VectorCAST嵌入式軟體動態測試工具為單元測試、集成測試提供了專門的自動化解決方案，利用自動化創建的測試環境、測試用例自動生成、測試用例圖形化設計平臺、靈活的管理機制、全面的覆蓋率統計功能及對40多種常用開發環境的良好支援，可以有效提高單元測試70-80%的效率。VectorCAST也通過了國際權威機構的認證，完全符合DO-178B, DO-178C和GJB-5000A標準的要求。

  • 系統測試

    無論是否要求DO-178B, DO-178C還是其它認證，產品發佈前都需要經過系統測試的驗證。由“VT System + vTESTstudio + CANoe”組建的Vector HiL航空電子網路實物模擬和系統測試平臺，可以為基於A429 (ARINC 429), AFDX(ARINC664)，CAN (ARINC 825)和乙太網協定的航空電子網路系統。通過集成I/O介面、激勵、電源控制等硬體板卡，和上層的測試設計和執行軟體，提供包含測試設計、測試執行、網路分析和自動化的一整套系統測試平臺解決方案，協助使用者加速測試環境的搭建、測試自動化、自動回歸測試，最終顯著提高測試效率，降低人工成本。Vector HiL系統測試平臺，可以和VectorCAST的結構覆蓋統計功能、Visure Requirements需求管理平臺集成，形成一站式的測試和報告解決方案。

  • 性能測試

    利用DT10動態測試和跟蹤調試工具，可以長時間跟蹤軟體的執行過程，即時對軟體執行中的各個函數、模組、任務、程式碼片段和CPU負載等不同維度的執行性能進行度量和瓶頸分析。這些性能測試的資料，還可以用來佐證即時系統程式最差情況執行時間（WCET）的分析結果，實現實際和理論值的相互印證。

  • 可追溯性

    使用Visure Requirements需求管理系統，管理從上層產品設計，到概要設計到下層的詳細設計的各個層級的設計過程，並與常用的開發測試類系統集成，以此實現無論是適航認證DO-178B, DO-178C標準還是國軍標GJB-5000A都有要求的，對軟體研發過程的可追溯性，更確切地說是，研發過程各個環節之間的雙向可追溯性，包括：

        • 軟體的系統需求和概要設計之間

        • 概要設計和詳細設計之間

        • 軟體需求和測試用例之間

        • 測試用例和缺陷之間

    最終形成需求可追溯矩陣（Requirements Traceability Matrix）。DO-178B和DO-178C對可追溯性的要求的最直接的目的就在於保證研發流程各個環節的資訊一致性，及準確、高效的變更影響分析，保證最終交付成果不會偏離預計的目標。


  • 工具鑒定

    VectorCAST提供符合DO-178B, DO-178C A~C級所要求的工具鑒定包（Qualification Kits）。DO-178B, DO-178C規定，對於標準文檔所規定的流程，若開發者通過某個工具消除、減少或者自動化實現，而無需人工驗證輸出時，該軟體工具必須要經過嚴格鑒定。VectorCAST因為將測試過程和統計耦合、程式碼結構覆蓋率的過程進行了自動化，所以在基於DO-178B或DO-178C標準的適航認證項目中，必須對其進行鑒定。VectorCAST可以提供完整的、合規的鑒定包，並且已經成功應用於波音、空客、霍尼韋爾、通用電氣、柯林斯、泰雷茲等50多個適航認證項目中。

    • ma_c2s4lid1.png

      工具鑒定資料 (TQD)

    • ma_c2s4lid2.png

      工具操作需求 (TOR)

    • ma_c2s4lid3.png

      VectorCAST
      工具鑒定包

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  • 新聞資訊

  • 使用Visure_Requirements满足DO-178B-C對需求管理的要求_白皮書_繁中

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  • 使用VectorCAST滿足DO-178B-C對航空電子軟體耦合驗證的要求_白皮書

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  • 利用VectorCAST進行DO-178B-C軟體驗證_白皮書

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