嵌入式软件可靠性定量评估研究

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1、嵌入式软件可靠性定量评估研究摘要：嵌入式软件可靠性已成为制约系统可靠性提高的主要瓶颈，嵌入式软件可靠性指标分配的合理性与评估方法的正确性是提高系统可靠性的前提条件之一。本文结合具体项目研制，对嵌入式软件的可靠性指标体系及可靠性评估方法做了仔细深入的研究，为嵌入式软件可靠性工程应用和实践奠定基础。　　关键词：嵌入式软件可靠性评估　　：TP311：A：1007-9416（2011）1-0142-02　　　　随着软件复杂性的日益增加和硬件系统可靠性的不断提高，软件可靠性已成为制约系统可靠性提高的主要瓶颈。目前，国内外对软件可靠性的研究已经比

2、较深入，但对嵌入在硬件产品（如导弹、航天器、鱼雷等）中的软件的可靠性研究才刚刚起步。对嵌入式软件可靠性进行定量评估和分析是提高嵌入式软件可靠性的有效途径。　　　　1、嵌入式软件可靠性定义　　软件可靠性是指“程序在规定的条件下和规定的时间内，成功完成其规定功能的能力［1］”。而在嵌入式软件研究中，可靠性是指“在t=0时系统正常的条件下，系统在时间区间[0，t]内正常运行的概率[1]”。这里要注意几点：　　(1)定义中，规定的条件主要是指对输入数据和计算机硬件环境当时的状态的要求，而其它的外部因素都可认为对软件是没有影响的；　　(2)规定

3、的时间是指规定的软件运行时间，而不是普通意义上的日期时间，这是因为软件的可靠性不会因时间的问题而出现损耗导致失效；　　(3)软件的失效应明确的定义。由于嵌入式软件运行环境和执行任务的特殊性，其可靠性也具有一些特殊的性质：　　(1)嵌入式软件的可靠性主要是软件设计时的问题，软件的生产（复制）及维护（不包括修改）的影响可忽略不计；　　(2)因为工作环境的恶劣，导致软件输入域的可变性，所以嵌入式软件的可靠度具有一定的随机性；　　(3)软件故障的发生没有征兆，它取决于系统的输入、系统的使用和软件设计中固有的缺陷，不能预计。　　　　2、软件可靠

4、性指标体系　　软件可靠度是软件可靠性的概率度量，在软件工程中用软件定量指标体系来具体衡量软件可靠性［2］。包括：(1)当前失效率：软件当前的失效概率；(2)平均故障前时间：软件出现失效前时间的平均值；(3)：软件运行时平均故障间隔时间；(4)软件可靠度：软件运行规定时间无故障的概率。　　美国国家标准ANSI/AIAAR—0131992《推荐的软件可靠性的实践》指出“最合理的软件故障率的可验证要求大约在10-4/h左右”,亦即在10000小时左右。软件可靠性当前最重要的指标就是。　　　　3、嵌入式软件可靠性指标的分配　　在嵌入式系统中，

5、用户方提出的可靠性指标要求通常是系统运行小时系统的可靠度指标，换算为后即为的定量指标［2］，换算公式为见公式1。　　（1）　　如：，　　则　　由于系统可靠度是由硬件可靠度和软件可靠度相关作用组成，我们可以认为是串联作用，所以（下标H表示硬件，下标R表示软件）。在以往型号中，通常假设软件的可靠度为1，即，但在实际中软件可靠度通常达不到1，这样对硬件的可靠度要求被提高。如上例中：，　　则，此时，，比系统的增加了55.5h。　　嵌入式软件的可靠性指标分配遵从如下原则和步骤：　　(1)依据硬件最大设计可能的（必须大于），确定出硬件可靠度；　　

6、(2)依据系统的可靠度要求和硬件的可靠度，确定出软件的可靠度；　　(3)依据软件可靠度，确定软件平均故障前时间，确定的公式为　　。　　　　4、嵌入式软件可靠性评估　　嵌入式软件可靠性评估就是要根据软件产品在系统中的实际运行，通过获取有效的可靠性数据，根据软件可靠性评估模型定量评估软件的可靠性。　　4.1测试用例的构造　　任务样本实例的描述即为测试用例，该描述是通过对软件测试环境的定义进行描述的［3］。基本任务的描述脚本通常使用一种解释性的描述语言，或形式化的描述方法，对基本任务进行脚本描述，如某外部中断信号Fire产生时间满足均值为标

7、准差为的正态分布等；样本实例就是基本任务描述脚本的一个具体取值，如某外部中断信号Fire在第7秒时产生等。　　4.2软件可靠性测试环境　　对于嵌入式系统，软件与硬件不可能清晰地划分，嵌入式系统测试的软硬件测试不可分割。现在的嵌入式系统的层次结构一般分为硬件层、BIOS层、操作系统层、应用系统层。测试环境的搭建原则是：　　(1)要充分反映真实系统的特性，对嵌入式软件而言，特别是要反映真实系统的时间和时序特性；　　(2)提高任务样本所对应输入的构造能力，如外部中断信号的产生，通讯时间的延迟，异常干扰的模拟等；　　(3)提高对闭环系统外围环

8、境的仿真能力，如三维运动仿真软件等。　　4.3数据的获取与评估　　测试数据获取的有效性直接关系到评估结果的正确性，常用的测试数据获取原则是：　　(1)记录软件失效时所对应的样本序列号（用于对软件可靠性指标的评估）先后顺序