面对高可靠航空嵌入型软件系统构造方法

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1、面对高可靠航空嵌入型软件系统构造方法1相关研究模型化方法近年来在嵌入式软件开发中应用很广。由于航空嵌入式软件的复杂性，配置依然是一个困难的问题。模型驱动方法能有效降低配置的复杂程度，能够帮助设计者进行早期的错误检查和确认，该方法针对ARINC653航电系统，实现从高层体系结构模型生成系统配置表。基于UML的需求描述方法应用广泛。UML用例模型提供了直观的描述手段，通过文本式的用例模板对用例及其关联关系进行描述。由于自然语言文本的语义模糊性，使得用例描述之间、用例描述和用例模型视图之间易出现不一致。RUCM用例建模方法是在对多种用例建模方法的综合分析基础上提出的一种方法，它综合了自由文本和形

2、式化语言的特点，既保证了需求的易理解性和精确性，同时又能够对需求进行自动化分析与验证。同时，RUCM需求模型可以转换为高质量的系统分析模型。尽管在软件和硬件领域都取得了广泛应用，组件化设计在嵌入式系统开发中仍然面临挑战，如软件设计如何和硬件协同，如何考虑平台和环境的异构性，资源限制性使用下的高性能要求等。解决这些问题的关键是组件模型如何能够支持功能和非功能特性的描述，如何支持整个开发周期。HRC组件模型是一个突出代表，其定义的组件包括形式化契约，能够支持在早期进行设计验证。体系结构模型也是组件化设计涉及的一个重要内容，基于契约的体系结构独立于任何范型，可以表达软件结构、行为、数据流以及服务

3、质量。组件接口及组件契约的形式化描述方法也是多年来一直是嵌入式软件建模领域的重要研究问题，这些描述方法往往都是针对组件的特定技术特征或者属性进行应用，如接口自动机用于描述组件接口的行为，时间自动机用以描述组件的实时行为，进程代数则关注并发系统中的组件之间同步和异步行为，Petri网关注资源约束对组件行为的影响等。2可信内涵分析及其模型一般认为，软件可信性涵盖可靠性、安全性、实时性等属性。软件的可靠性、实时性和安全性是机载系统的核心可信指标，国际组织通过相应标准给出了强制性要求。即便如此，由于嵌入式软件缺陷而导致的重大灾难和事故仍然屡见不鲜，如2004年12月，由飞控软件故障导致的F/A-2

4、2战斗机的坠毁事故；1996年6月，由火箭导航软件发生故障导致阿丽亚娜5型火箭发射37秒后失败。因此，如何保证软件的可靠性、安全性和实时性已经成为航空嵌入式软件开发方法的首要关注问题。航空嵌入式软件通常包括飞行管理、机电管理、显示控制、导航、通讯等。影响其可信性的因素主要包括：①系统的内存、计算、通信等资源受到重量、能耗、空间等问题的限制，难以通过增加资源来解决可信性问题；②在综合化嵌入式系统中，多个软件组件之间相互影响；③软件系统代码规模巨大，分析和设计错误难以避免，测试难以充分；④系统工作环境恶劣且快速变化，给软件带来严重干扰。按照ISO-9126，质量可层次化分解，且得到了大量应用。

5、但这种分解在实际软件项目应用中却面临问题：①分解时未能明确相应的技术要求，无法指导软件分析、设计和验证；②假设同一层次属性之间相互独立，不符合实际情况；③对于机载嵌入式软件而言，无法体现其综合化要求。在综合化平台中，软件之间形成共享和竞争关系。不仅如此，对于同一个软件而言，由于其所能使用的平台资源固定，单独提升某一个可信属性必然会导致消耗更多的资源，往往会导致其他可信属性的降低。影响综合化航空嵌入式软件可信的要素诸多，需要建立可信属性内涵模型来分析这些要素。软件组件及相互间的连接和通讯关系、软件运行环境和平台技术提供的接口、平台提供的资源容量、平台的配置和综合策略等都是需要考虑的因素。同时

6、，系统的整体可信指标与各个软件组件的可信指标之间也密切关联。.............3结论航空嵌入式软件系统涉及的任务和应用多，具有高安全、高可靠和强实时要求。一般而言，开发单位根据总体单位给定的平台环境要求和软件需求独立进行开发，在达到了相应要求后交由总体研制单位进行集成和综合。由于缺少针对性的开发和验证方法，使得独立满足要求的任务软件综合到一起时容易出现整体不能满足要求的问题。因此，如何解决在综合过程中出现的可信问题一直是航空嵌入式软件领域的困难问题。事实上，不同软件之间存在的复杂交互、资源共享和竞争关系是导致综合问题的主要原因。工业领域当前采用的各自独立的开发方式无法充分考虑这些因

7、素，此外当前采用的开发方法主要针对功能，也缺乏针对可信的考虑。本文以航空嵌入式软件的可信问题和内涵作为切入点，提出了可信内涵模型。在此基础上，提出了基于航空嵌入式软件的开发过程模型，并进一步提出了面向可信的软件构造方法，重点是需求建模、组件化设计、配置与综合方法。本文所研究和提出的模型和方法部分已经在单位承担的重大工程项目中进行了部分成功应用，取得了很好的效果。