模型驱动的软件构件研制保证水平验证方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar252015V01．36No．3907．920ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn模型驱动的软件构件研制保证水平验证方法朱和铨1，徐浩军1’*，张鹏1，张登成1，孙曦21．空军工程大学航空航天工程学院，西安7100382．中航飞机汉中飞机分公司设计研究院，汉中723213摘要：在机载软件架构设计阶段，人们将安全性研制保证水平分配到具体的构件中，确保产品质

2、量。鉴于现代航空软件系统极其复杂，如何从系统角度，检验分配给构件的安全性等级符合系统的一致性目标，是设计阶段需要解决的重要问题。首先，分析了分布式和综合式机载软件系统的架构特点，得出了在安全性分析工作中需要考虑冗余等架构设计的影响的结论。其次，使用系统建模语言(SysML)块图建立带有安全性等级属性的系统静态结构模型，利用矩阵对模型进行精确的形式化转换；制定验证规则，在此基础上给出了验证方法，以验证安全性等级分配的合理性。在验证过程中，将关键信息存储在XMI。文档中，可为适航性审查提供证据。最后，通过实例分析，验证了该方法的

3、可行性。关键词：软件安全性；验证与确认；研制保证水平；SysML；DO-178B／C中图分类号：V219；X949文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)03—0907—14当前，航空机载设备越来越多的关键性功能由软件来实现[1]。现代飞机每一个动作的完成都离不开软件的支持，软件是综合模块化航空电子(IntegratedModularAvionics，IMA)系统的核心[2]。在此背景下，软件缺陷作为事故主要诱因[3训改变了传统的风险模式，系统安全性分析中必须要考虑软件的作用，称为软件安全性。Leveson[5

4、1认为，软件安全性是“确保软件在系统上下文中执行，不会导致系统发生不可接受的风险的可能性”。若机载软件执行飞机系统的安全性关键功能，则称其为安全性关键软件系统(SafetyCriti—calSoftwareSystem，SCSS)。为了减少事故的发生，SCSS必须通过严格的安全性认证，才能够投入使用。由于技术的快速更新，寻求一种高效的验证与确认(Verification&Validation，V&V)技术就显得十分迫切，美国空军2010年颁布的《技术地平线》[63将自动化系统的高效验证与确认技术列为未来十年重点发展的技术之一

5、，报告指出该技术将会影响美国空军2020年后在全球范围内保持技术领先的程度。目前，软件工程上广泛采用美国航空无线电委员会(TheRadioTechnicalCommissionforAeronautics，RTCA)颁布的关于“机载系统与设备适航合格审定的软件考虑”，即DO—178B[71及其升级版DO一178C[8]，适航认证标准体系对软件产品安全性进行管理，该标准体系规定了软件系统设计开发各个阶段的安全性目标。为了保持该体系标准的稳定性，D0178C[8]并没有明确验证安全性目标具体采用的技术和方法。国内外众多学者对该技

6、术开展了相关研究。收稿日期：2014—05—04：退修日期：2014·07—05；录用日期：2014—09·09；网络出版时间：2014．09．2314：40网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10，7527／S1000-6893．20140251html基金项目：国家自然科学基金(61374145，U1333131)；国家“973”计划(2015CB755802。2015CB755805)；中国博士后科学基金(201150M1551)；陕西省自然科学基础研究计划项目(2012JQ8010)*通讯

7、作者．Tel．：029-84787637E·mail：xuhaojun@xjtuedu．crl孽l用格武lZhuHo，XuHJ，ZhangP，eta1．Model-drivenvalidationmethodforsoftwarecomponentdevelopmentassurancelevelEJ9．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(3)t907-920．来和铨．徐浩军．张鹅．等．模型驱动的软件构件研铂保证水平验证方法￡J]j航空学报．2015．36(3)：9617-

8、920．航空学报Mar．252015V01．36No3美国麻省理工学院的Leveson[91提出在系统设计之初就将安全性目标，以边界限制和设计要求融入系统顶层需求中，在软件开发过程中，通过SpecTRM—RL[103等工具对需求被满足情况进行测试验证。该方法将安全性工作贯穿于系统开发的每个