基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，包括步骤：对中央控制单元软件进行软件功能分解，获得软件模块；建立软件功能流程图，并对软件模块之间的交互关系以及软件模块的使用方式进行建模，最终建立软件的体系结构；获取体系结构中各软件模块的单个模块可靠度以及模块之间的转移概率；使用Markov过程模型对软件的体系结构进行可靠性建模，构造成功转移概率矩阵，计算中央控制单元软件的可靠性。本发明专利技术在分析CCU软件的体系结构基础上，利用软件模块的执行特点、模块之间的相互作用关系建立软件模块与软件系统之间的可靠性关系模型，以达到利用软件模块的可靠性对CCU软件的可靠性进行预计的目的。可靠性对CCU软件的可靠性进行预计的目的。可靠性对CCU软件的可靠性进行预计的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法


[0001]本专利技术涉及软件可靠性分析
，特别是涉及一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法。

技术介绍

[0002]列车网络控制系统(Train Control Management System，TCMS)是动车组、城市轨道车辆的重要系统之一，同时作为对全车的关键设备进行控制、监视、故障诊断的核心，其运行可靠性是保证车辆安全运行的决定性因素。
[0003]随着轨道列车智能化水平和运行速度的不断提升，TCMS执行的控制管理和安全监控功能随之增加，而且更多的功能通过集成度高的嵌入式软件系统执行完成，这对TCMS软件设计提出了更高的要求。因此，轨道车辆采购方在采购技术要求中对车辆制造商中TCMS的系统的软件设计开发提出了可靠性指标要求，特别强调在系统设计过程通过切实可行的可靠性建模方法，在完成TCMS软件可靠性建模的基础上进行软件可靠性预计，从而充分保证TCMS软件的设计开发达到软件可靠性指标要求。
[0004]中央控制单元(Center Control Unit，CCU)作为TCMS与列车其他各子系统(牵引、制动、辅助供电等)进行通信控制的核心关键部件，承载着整个TCMS最为重要的控制管理和安全监控通信功能，其运行可靠性直接影响整个TCMS乃至整列车的运营安全可靠性。但是现有技术中缺少对CCU软件进行切实可行的可靠性预计的方法，导致难以满足CCU软件的可靠性指标要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是以TCMS中央控制单元软件为对象，提供一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0007]一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)对TCMS的中央控制单元软件进行软件分解，获得构成中央控制单元软件的软件模块；
[0009](2)建立软件功能流程图，并对软件模块之间的交互关系以及软件模块的使用方式进行建模，最终建立中央控制单元软件的体系结构；
[0010](3)获取中央控制单元软件的体系结构中每一个软件模块的单个模块可靠度以及各软件模块之间的转移概率；
[0011](4)使用Markov过程模型对中央控制单元软件的体系结构进行可靠性建模，并构造成功转移概率矩阵，根据下式计算中央控制单元软件的可靠性R：
[0012][0013]其中，R
Cn
为第n个软件模块的单个模块可靠度，I为n
×
n的单位矩阵，M为成功转移概率矩阵，E为矩阵I
‑
M去掉第n行和第一列后的(n
‑
1)
×
(n
‑
1)矩阵，|
·
|表示取方阵的行列式。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术以TCMS中央控制单元软件为对象，提供了一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，该方法在分析TCMS中央控制单元软件系统的体系结构基础上，利用软件模块的执行特点、模块之间的相互作用关系建立软件模块与软件系统之间的可靠性关系模型，以达到利用软件模块的可靠性对TCMS中央控制单元软件系统的可靠性进行预计的目的。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法的流程图；
[0017]图2为CCU软件使用示意图；
[0018]图3为CCU软件流程图；
[0019]图4为CCU软件功能流程图。
具体实施方式
[0020]为了清晰的说明本专利技术的技术方案，下面先对技术方案中的基本概念进行说明。
[0021](1)体系结构
[0022]软件体系结构是软件系统的高层抽象，描述整个系统的结构和行为模型，主要由构件、连接件及将构件和连接件结合在一起的约束条件构成。
[0023]软件体系结构为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高层抽象，由构成系统的元素的描述、这些元素的相互作用、指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成。
[0024]软件体系结构是一个设计，它包括建立系统中的各元素(构件和连接件)的描述、元素之间的交互、指导装配的范例和对范例的约束。
[0025](2)构件
[0026]构件是一些可执行单元，可以通过独立的生产、购买和配置，组合到一个功能系统中去；是软件系统内被标识、符合某种标准要求并可复用的软件组成成份。
[0027]构件是系统中逻辑独立的组成成分，可以被独立地设计、实现和测试。
[0028]如果在一个软件系统中，有几个“构件”在逻辑上是相互依赖的，共同完成一项明确定义的功能，那么应该将他们合并起来看作一个构件。
[0029](3)连接件是用来建立构件间的交互以及支配这些交互规则的体系结构的构造模块。构件之间的交互包括消息或信号量的传递，功能或方法调用，数据的传送或转换，构件之间的同步关系、依赖关系等。常见的连接件有管道、通信协议或通信机制等。
[0030](4)马尔可夫(Markov)过程
[0031]Markov过程是一类重要的随机过程，它的原始模型是马尔可夫链。所谓马尔可夫性可以用下述语言直观地刻画：在己知系统目前状态(现在)的条件下，它未来的演变(将来)不依赖于它以往的演变(过去)，也称无后效性。
[0032]通过对软件模块的划分，软件系统的可靠性特征需要借助模块的可靠性来表示。一般来说运行中的模块存在正常与失效两种状态，由于出现失效的随机性，因此可以将模块的运行看作一个状态随时间变化的随机过程。若后续模块的运行只取决于当前运行的模块而与之前运行的模块无关，即具有无后效性，并且若模块间的转移时间间隔为离散的，转移概率符合离散分布，则该模块运行符合离散时间Markov过程(DTMC)，这是大部分基于体系结构的可靠性模型假设的前提条件。
[0033]Markov模型通常用有限状态机来表示，包括状态和转移两部分。
[0034]状态：刻画在一个给定条件下的系统特征的一组状况条件。
[0035]转移：从一个状态到另一个状态的转换变更。(也可以是状态自身到自身的转移)。其转移概率指进行这个转移的概率。
[0036]若系统有n个状态，将转移概率P
ij
依次排列起来，就构成一个矩阵，称作转移概率矩阵。
[0037]软件的体系结构可以先用控制流图来表示，然后可以转化为系统状态图。系统状态图是一个有限状态机，于是，这时就可以使用Markov模型理论来求解系统状态图，得到系统可靠性的估计。
[0038]求解的过程如下：
[0039]假设系统状态图中共有n个状态，状态集合为S＝{S1,S2,
…
,S
n
}，其中S1为初始状态，而S
n
为结束状态。设R
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对TCMS的中央控制单元软件进行功能分解，获得构成中央控制单元软件的软件模块；(2)建立软件功能流程图，并对软件模块之间的交互关系以及软件模块的使用方式进行建模，最终建立中央控制单元软件的体系结构；(3)获取中央控制单元软件的体系结构中每一个软件模块的单个模块可靠度以及各软件模块之间的转移概率；(4)使用Markov过程模型对中央控制单元软件的体系结构进行可靠性建模，并构造成功转移概率矩阵，根据下式计算中央控制单元软件的可靠性R：其中，R
Cn
为第n个软件模块的单个模块可靠度，I为n
×
n的单位矩阵，M为成功转移概率矩阵，E为矩阵I
‑
M去掉第n行和第一列后的(n
‑
1)
×
(n
‑
1)矩阵，|
·
|表示取方阵的行列式。2.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，在对中央控制单元软件进行软件功能分解时，按照以下六个级别进行分解：计算机软件配置项目级别、计算机软件部件级别、单元级别、模块级别、指令级别、操作对象级别。3.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，在软件功能流程图中，软件初始化后进入显示屏系统功能，显示屏系统功能分别连接牵引系统功能、制动系统功能、辅助系统功能、门控系统功能、空调系统功能、旅客信息系统功能、信号系统功能、烟火报警系统功能、RIOM系统功能，判断功能是否结束，若是，则结束，否则返回显示屏系统功能。4.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，采用S
‑
R方法计算第k个软件模块的单个模块可靠度，步骤如下：根据软件模块的固有特征的工作表，选择第k个软件模块对应的固有特征，设所选的固有特征的序号的集合为T，计算第k个软件模块的固有特征错误分布：其中|T|表示集合T中元素的个数，C(i,j)表示在具有第i类固有特征的软件模块中，第j类错误数与错误总数的百分比，j＝1,2,3,4，第1类错误指逻辑错误，第2类错误指接口错误，第3类错误指输入/输出错误，第4类错误指计算错误；依据软件的开发组织成员的经验水平、受教育的水平、软件开发使用的语言环境及软件的重要性确定第k个软件模块的开发过程情况；根据所确定的开发过程情况选择相应的避错措施和查错措施的工作表，在选出的避错措施工作表中，选择第k个软件模块对应的避错措施，设所选的避错措施的序号的集合为T
A
，计算第j类错误得...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，王长虹，李锋，邢海英，
申请(专利权)人：中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：