近二十年(nián)來我國國産大飛(fēi)機和(hé)航天事業迎來了快速的(de)發展周期，與之配套的(de)航空、航天電子(zǐ)軟件系統的(de)有研發技術也随之取得了迅速的(de)發展。衆所周之，航空、航天電子(zǐ)和(hé)軟件系統的(de)可(kě)靠性對飛(fēi)機和(hé)航天器的(de)安全至關重要，為(wèi)此這些領域都出台了非常全面的(de)标準對電子(zǐ)軟件的(de)整個研發過程進行規範，并通過第三方權威機構的(de)審計和(hé)認證确保這些标準的(de)嚴格執行，最終保障飛(fēi)機和(hé)航天器長(cháng)時間的(de)安全可(kě)靠運行。

就民用航空電子(zǐ)來說，RTCA和(hé)ERUOCAE共同努力，由RTCA于1992年(nián)12月首次發布了DO-178B标準，該文件概述了供開發機載設備的(de)組織和(hé)認證機構（例如(rú)FAA，EASA和(hé)加拿大運輸部）使用的(de)指南。EUROCAE則以ED-12B的(de)形式發布了該文件。經過近二十年(nián)的(de)衍變，于2011年(nián)底獲得RTCA批準的(de)DO-178C成為(wèi)了商用航空電子(zǐ)軟件系統開發和(hé)認證的(de)新标準，并将逐步取代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(de)過程，包括對軟件開發測試的(de)各個階段要求的(de)規定，特别是對基于軟件高(gāo)級和(hé)低(dī)級需求的(de)測試所要達成結構覆蓋度的(de)關鍵要求。

 類似地(dì)，我國航天、軍用航空以及國防軍工行業也發布了符合本土需求的(de)相關标準和(hé)規範，如(rú)GJB-5000A，GJB -438B等。即便國際标準和(hé)國內(nèi)标準除了在所實施的(de)應用領域各有側重，其在核心理(lǐ)念和(hé)方法上有着非常大的(de)相似度。

那麽如(rú)何在軟件的(de)開發和(hé)測試過程中高(gāo)效地(dì)滿足這些DO-178B, DO-178C, GJB-5000A等标準并确保系統的(de)可(kě)靠性和(hé)正确性，則成為(wèi)了軟件研發科研院所和(hé)相關企業的(de)重中之重。

航空航天和(hé)軍工-1

需求和(hé)挑戰

  • 民用飛(fēi)機系統和(hé)軍用飛(fēi)機系統的(de)測試要求和(hé)方法有何不同？

  • 标準那麽多，對軟件研發和(hé)測試的(de)複雜要求如(rú)何落地(dì)？

  • 傳統的(de)黑盒、白盒、灰盒測試如(rú)何應用在航空、航天和(hé)國防軍工軟件系統中？

  • 有哪些自(zì)動化的(de)手段可(kě)以提高(gāo)軟件設計和(hé)測試效率？

  • 已經采購過很多開發和(hé)測試工具，哪一(yī)款最實用？

  • DO-178B和(hé)DO-178C對輔助的(de)自(zì)動化工具有何要求？

解決方案

  • 結構覆蓋分析，使用VectorCAST完美滿足适航認證所要求的(de)完整的(de)結構覆蓋率

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

  • 白盒測試，使用Klocwork和(hé)VectorCAST高(gāo)效地(dì)完成碼靜态分析、單元和(hé)模塊集成測試

  • 黑盒測試，由“VT System + vTESTstudio + CANoe”集成的(de)Vector HiL系統測試平台，提供針對航空電子(zǐ)網絡系統的(de)開發、測試、自(zì)動化、網絡分析和(hé)實物仿真平台

  • 灰盒測試，DT10支持系統跟蹤執行、複雜缺陷回溯、性能測試和(hé)長(cháng)時間可(kě)靠性驗證

  • 可(kě)追溯性，使用Visure Requirements進行需求管理(lǐ)并形成覆蓋軟件生命周期的(de)可(kě)溯性

  • 提供相關工具的(de)适航合規性鑒定包

  • 軟件研發工程咨詢和(hé)測試服務

特别值得關注

  • 結構覆蓋

  • 耦合驗證和(hé)覆蓋

  • 單元測試

  • 系統測試

  • 性能測試

  • 可(kě)追溯性

  • 工具鑒定

  • 結構覆蓋

    DO-178B, DO-178C要求統計“基于需求的(de)測試用例所達成的(de)測試結構覆蓋率 (Structural Coverage)”，這些測試用例可(kě)以是基于上層産品設計或概要設計的(de)功能測試用例，也可(kě)以是基于下層的(de)詳細設計的(de)模塊、單元測試用例，最終需要将測試用例累加分析形成彙總的(de)100%的(de)結構覆蓋率。DO-178B, DO-178C所要求的(de)統計結構覆蓋的(de)主要技術難點在于插裝算法膨脹太大、局限于單一(yī)測試階段、工具鑒定要求高(gāo)、及對仿真環境或目标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(de)測試完整性驗證功能可(kě)以實現對軟件各個層面的(de)測試覆蓋率的(de)統計，包括系統功能測試和(hé)單元、集成測試所達成的(de)代碼覆蓋率，前者主要應用于要求DO-178B, DO-178C标準的(de)民用飛(fēi)機系統的(de)測試中，後者則更多使用在實施GJB要求的(de)軍用飛(fēi)機或其它各類國防軍工系統之中。VectorCAST可(kě)以統計多類覆蓋率結果，包括語句覆蓋、分支覆蓋和(hé)MC/DC覆蓋等，以滿足DO-178B, DO-178C不同等級的(de)質量要求。

  • 耦合驗證和(hé)覆蓋

    DO-178B要求識别設計中的(de)耦合，包括控制耦合（Control Coupling）和(hé)數據耦合（Data Coupling），并證明代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于功能需求的(de)動态測試過程中被執行到了。對于研發團隊來說，DO-178B要求的(de)耦合尚且能通過手動靜态分析完成，DO-178C要求的(de)耦合動态測試覆蓋率則成為(wèi)了一(yī)個不得不借助工具的(de)難點。

    VectorCAST提供專門的(de)工具模塊VectorCAST/Coupling支持對C和(hé)C++代碼的(de)控制耦合和(hé)數據耦合進行分析、驗證和(hé)覆蓋率統計，并可(kě)以與已有的(de)VectorCAST測試環境結合使用。VectorCAST/Coupling通過靜态分析識别代碼中的(de)耦合關系，并在應用程序執行過程中對這些耦合關系進行實時驗證，以滿足DO-178B, DO-178C對耦合的(de)要求。

  • 單元測試

    為(wèi)了滿足178B, DO-178C 對下層設計需求的(de)測試，VectorCAST嵌入式軟件動态測試工具為(wèi)單元測試、集成測試提供了專門的(de)自(zì)動化解決方案，利用自(zì)動化創建的(de)測試環境、測試用例自(zì)動生成、測試用例圖形化設計平台、靈活的(de)管理(lǐ)機制、全面的(de)覆蓋率統計功能及對40多種常用開發環境的(de)良好支持，可(kě)以有效提高(gāo)單元測試70-80%的(de)效率。VectorCAST也通過了國際權威機構的(de)認證，完全符合DO-178B, DO-178C和(hé)GJB-5000A标準的(de)要求。

  • 系統測試

    無論是否要求DO-178B, DO-178C還是其它認證，産品發布前都需要經過系統測試的(de)驗證。由“VT System + vTESTstudio + CANoe”組建的(de)Vector HiL航空電子(zǐ)網絡實物仿真和(hé)系統測試平台，可(kě)以為(wèi)基于A429 (ARINC 429), AFDX (ARINC 664)，CAN (ARINC 825)和(hé)以太網協議的(de)航空電子(zǐ)網絡系統。通過集成I/O接口、激勵、電源控制等硬件闆卡，和(hé)上層的(de)測試設計和(hé)執行軟件，提供包含測試設計、測試執行、網絡分析和(hé)自(zì)動化的(de)一(yī)整套系統測試平台解決方案，協助用戶加速測試環境的(de)搭建、測試自(zì)動化、自(zì)動回歸測試，最終顯著提高(gāo)測試效率，降低(dī)人工成本。Vector HiL系統測試平台，可(kě)以和(hé)VectorCAST的(de)結構覆蓋統計功能、Visure Requirements需求管理(lǐ)平台集成，形成一(yī)站式的(de)測試和(hé)報告解決方案。

  • 性能測試

    利用DT10動态測試和(hé)跟蹤調試工具，可(kě)以長(cháng)時間跟蹤軟件的(de)執行過程，實時對軟件執行中的(de)各個函數、模塊、任務、代碼段和(hé)CPU負載等不同維度的(de)執行性能進行度量和(hé)瓶頸分析。這些性能測試的(de)數據，還可(kě)以用來佐證實時系統程序最差情況執行時間（WCET）的(de)分析結果，實現實際和(hé)理(lǐ)論值的(de)相互印證。

  • 可(kě)追溯性

    使用Visure Requirements需求管理(lǐ)系統，管理(lǐ)從上層産品設計，到概要設計到下層的(de)詳細設計的(de)各個層級的(de)設計過程，并與常用的(de)開發測試類系統集成，以此實現無論是适航認證DO-178B, DO-178C标準還是國軍标GJB-5000A都有要求的(de)，對軟件研發過程的(de)可(kě)追溯性，更确切地(dì)說是，研發過程各個環節之間的(de)雙向可(kě)追溯性，包括：

        • 軟件的(de)系統需求和(hé)概要設計之間

        • 概要設計和(hé)詳細設計之間

        • 軟件需求和(hé)測試用例之間

        • 測試用例和(hé)缺陷之間

    最終形成需求可(kě)追溯矩陣（Requirements Traceability Matrix）。DO-178B和(hé)DO-178C對可(kě)追溯性的(de)要求的(de)最直接的(de)目的(de)就在于保證研發流程各個環節的(de)信息一(yī)緻性，及準确、高(gāo)效的(de)變更影響分析，保證最終交付成果不會偏離(lí)預計的(de)目标。


  • 工具鑒定

    VectorCAST提供符合DO-178B, DO-178C A~C級所要求的(de)工具鑒定包（Qualification Kits）。DO-178B, DO-178C規定，對于标準文檔所規定的(de)流程，若開發者通過某個工具消除、減少或者自(zì)動化實現，而無需人工驗證輸出時，該軟件工具必須要經過嚴格鑒定。VectorCAST因為(wèi)将測試過程和(hé)統計耦合、代碼結構覆蓋率的(de)過程進行了自(zì)動化，所以在基于DO-178B或DO-178C标準的(de)适航認證項目中，必須對其進行鑒定。VectorCAST可(kě)以提供完整的(de)、合規的(de)鑒定包，并且已經成功應用于波音、空客、霍尼韋爾、通用電氣、柯林斯、泰雷茲等50多個适航認證項目中。

    • 工具鑒定數據（TQD）

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