進入二十一(yī)世紀以來，世界範圍內(nèi)的(de)軌道(dào)交通行業都得到了快速發展，中國雖然起步較晚，但是截止目前，高(gāo)速鐵路運行總裏程和(hé)城市地(dì)鐵運營總裏程均已位居世界第一(yī)，與之配套的(de)電子(zǐ)軟件系統如(rú)牽引控制系統，傳動/行走控制系統，列車通訊、信号和(hé)控制系統，安防系統等的(de)研發技術也随之取得了飛(fēi)速的(de)發展。伴随着國內(nèi)基礎設施建設和(hé)我國貿易全球化、“一(yī)帶一(yī)路”政策的(de)深入，軌道(dào)交通行業在未來的(de)很長(cháng)一(yī)段時間內(nèi)仍會保持高(gāo)速的(de)發展。

軌道(dào)交通是典型的(de)高(gāo)安全和(hé)高(gāo)可(kě)靠性行業，電子(zǐ)和(hé)軟件系統的(de)可(kě)靠性對列車的(de)安全至關重要，為(wèi)此相關行業協會出台了非常全面的(de)标準對軟件的(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，最終保障軌道(dào)車輛和(hé)子(zǐ)系統長(cháng)時間的(de)安全可(kě)靠運行。20世紀90年(nián)代，歐盟電氣委員會（CENELEC）在總結IEC有關标準、其他國家及行業标準的(de)基礎上，制定了針對軌道(dào)交通信号系統的(de)行業标準，即EN 5012X，主要包含：

    • EN 50126： 鐵路應用—可(kě)靠性、可(kě)用性、可(kě)維護性和(hé)安全性技術條件與驗證（RAMS） 
    • EN 50128：鐵路應用—通信、信号和(hé)處理(lǐ)系統—鐵路控制和(hé)防護系統軟件
    • EN 50129：鐵路應用—通信、信号和(hé)處理(lǐ)系統—安全相關鐵路信号電子(zǐ)系統

其中，EN 50128主要用來規範鐵路通信、信号等控制系統軟件的(de)研發，經曆了20多年(nián)的(de)發展，目前已發展到EN 50128: 2011. EN 50128的(de)核心理(lǐ)念是安全的(de)完整性等級（Safety Integrity Level, 簡稱‘SIL’），覆蓋了從SIL0到SIL4的(de)5個安全完整性等級。EN 50128定義了完整性等級與安全保證體系、質量保證體系、相關技術措施、安全生命周期各階段活動之間的(de)關系并提出了完整的(de)要求。除此之外，随着軟件研發過程中大量新工具的(de)使用，為(wèi)了降低(dī)工具使用給項目帶來的(de)安全風險，EN 50128标準中還規定對開發和(hé)測試類工具的(de)認證和(hé)鑒定要求。

如(rú)何在軟件的(de)開發和(hé)測試過程中高(gāo)效地(dì)滿足EN 50128研發标準并确保系統的(de)可(kě)靠性和(hé)正确性，成為(wèi)了軌道(dào)交通系統研發企業所不容忽視(shì)的(de)問題。

軌道(dào)交通-1

需求和(hé)挑戰

  • 基于EN 50128标準的(de)SIL認證對軟件開發過程和(hé)測試有何具體要求？

  • 效率、質量和(hé)合規如(rú)何平衡？

  • 代碼靜态測試和(hé)單元測試效率太低(dī)

  • 黑盒測試、灰盒測試和(hé)白盒測試哪些環節可(kě)以實現自(zì)動化？

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

  • 對嵌入式軟件和(hé)上位機軟件測試的(de)要求和(hé)方法有何關鍵區别？

  • 現有的(de)低(dī)效的(de)測試工具是否容易更新換代？

  • 基于EN 50128标準的(de)SIL認證對輔助的(de)自(zì)動化開發和(hé)測試工具有何要求？

解決方案

  • 代碼靜态分析，使用權威的(de)靜态分析工具Helix QAC或Klocwork滿足MISRA, AutoSAR等常用編碼規範，完美符合EN 50128對代碼靜态分析的(de)标準

  • 單元測試和(hé)集成測試，利用VectorCAST對軟件單元模塊的(de)可(kě)靠性和(hé)正确性進行驗證, 迅速滿足EN 50128對單元測試的(de)要求

  • 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軌道(dào)交通系統的(de)實物硬件仿真和(hé)系統測試解決方案

  • 灰盒測試，DT10支持多CPU系統跟蹤執行、複雜缺陷回溯和(hé)性能測試等

  • 貫穿軟件全生命周期（SDLC）的(de)測試覆蓋率分析，滿足EN 50128各個等級的(de)認證審計需要

  • 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

  • 所提供的(de)常用工具經過第三方權威機構符合EN 50128标準的(de)認證和(hé)鑒定

  • 軟件測試外包服務

特别值得關注

  • 代碼靜态分析

  • 單元測試

  • 性能測試

  • 系統測試

  • 可(kě)追溯性

  • 代碼靜态分析

    EN 50128要求軟件的(de)開發過程需要有統一(yī)的(de)編碼規範。使用Helix QAC代碼靜态分析工具可(kě)以自(zì)動地(dì)、權威地(dì)對代碼的(de)合規性進行分析，為(wèi)用戶快速、準确地(dì)查找違規代碼、隐藏代碼缺陷，結構不合理(lǐ)的(de)代碼，在編碼之初即可(kě)對常見的(de)代碼錯誤進行修複。Helix QAC支持MISRA C/C++, AutoSAR C++14, CERT C/C++, CWE C/C++, HiCPP, JSF等常用标準編碼規範結合，支持30多種主流的(de)開發編譯環境。Helix QAC都對工具經過第三方機構認證，使用代碼靜态分析工具，用戶可(kě)以快速滿足EN 50128對代碼靜态分析的(de)要求。

  • 單元測試

    對單個函數或多個函數組成的(de)模塊的(de)可(kě)靠性和(hé)正确性的(de)驗證，都可(kě)以歸結為(wèi)單元測試的(de)範疇。對比于軟件的(de)系統級測試，單元測試更為(wèi)繁瑣，耗時耗力，而對于有EN 50128合規性要求的(de)嵌入式軟件，由于測試驅動，執行環境和(hé)覆蓋率統計等多方面的(de)難點，單元測試則尤其困難，幾乎不可(kě)能人工來完成。VectorCAST嵌入式軟件動态測試工具針對EN 50128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，完全符合基于EN 50128的(de)SIL認證的(de)要求。

  • 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、代碼塊和(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。對比于傳統的(de)利用示波器進行性能測試，DT10所提供的(de)性能測試方案效率更高(gāo)，更容易将性能異常點定位到源碼中的(de)問題根源。

  • 系統測試

    由“VT System + vTESTstudio + CANoe”組建的(de)Vector HiL嵌入式系統網絡實物仿真和(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)嵌入式網絡系統，提供包含測試設計、測試執行、網絡分析，以及I/O接口、錯誤激勵等硬件闆卡的(de)集成化的(de)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。

  • 可(kě)追溯性

    使用Visure Requirements需求管理(lǐ)系統，管理(lǐ)從産品設計，到概要設計到詳細設計的(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，滿足EN 50128标準對軟件需求可(kě)追溯性的(de)要求，更确切地(dì)說是，實現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，簡稱RTM）。EN 50128準對可(kě)追溯性的(de)要求的(de)最直接的(de)意義就在于研發流程各個環節的(de)信息一(yī)緻性和(hé)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。

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