一种嵌入式软件可信性保障方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式软件可信性保障方法，通过构建基于可信要素的五元组技术体系，实现在每一个研制阶段针对每一个可信要素利用理论方法、工具以及度量评估对嵌入式软件的可信性进行系统全面的保障。本发明专利技术以工程实践中提炼出的嵌入式软件可信要素为基础，将软件可信性保障按照可信要素分配到软件研制各阶段，使得可信性保障更具有针对性。使用不同粒度的、与研制阶段相关联的可信要素来指导可信性保障活动，保证了可实施性。本发明专利技术采用工具作为嵌入式软件可信性保障活动的最终手段，与目前大多数依赖过程管理体系保证软件质量的方法有明显不同，实现了软件可信性保障从依赖人到依赖工具的转变。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，通过构建基于可信要素的五元组技术体系，实现在每一个研制阶段针对每一个可信要素利用理论方法、工具以及度量评估对嵌入式软件的可信性进行系统全面的保障。本专利技术以工程实践中提炼出的嵌入式软件可信要素为基础，将软件可信性保障按照可信要素分配到软件研制各阶段，使得可信性保障更具有针对性。使用不同粒度的、与研制阶段相关联的可信要素来指导可信性保障活动，保证了可实施性。本专利技术采用工具作为嵌入式软件可信性保障活动的最终手段，与目前大多数依赖过程管理体系保证软件质量的方法有明显不同，实现了软件可信性保障从依赖人到依赖工具的转变。【专利说明】
本专利技术涉及一种软件可信性保障方法，尤其涉及一种适合于嵌入式软件的可信性保障方法，应用于嵌入式软件开发过程中。
技术介绍
软件可信性是软件提供可信赖服务的能力或者是避免出现不可接受的频繁且严重的服务故障的能力，是软件系统的可用性、可靠性、安全性、完整性、可维护性等诸多属性在人们心目中的综合反映。可信性包括可靠性、安全性(safety，security)，可用性以及其它一些属性。可信性是安全关键系统的最重要属性。不同类型软件重点关注的可信属性不同，如在航天领域，软件可信性主要是正确性、可靠性、安全性和可生存性。嵌入式软件在航天、航空、船舶、汽车、智能电网等安全关键领域有着广泛的应用，近年来物联网、信息-物理融合系统等新兴概念和技术的兴起进一步推动了嵌入式系统及软件的发展。与此同时，如何保证嵌入式软件的可信性成为工业界和学术界最为迫切的需求和研究热点之一。嵌入式软件具有接口多、结构复杂、实时、资源受限等特征，往往具有高可靠性、高安全性要求，与物理环境的交互带来很多不可信因素，软件行为具有不可控性和不确定性；尽管目前工业界采用了各种各样的方法用来保障嵌入式软件的可信性，取得了一些成效，但一些深层次问题还没有得到系统的解决，如动态时序、内存使用、数据使用、控制行为、协议正确性、故障处理、阶段间一致性等问题。针对部分问题目前有一些局部的解决方法。如，对于动态时序问题，主要通过形式化建模和模型检验技术来保证系统设计的正确性；对于内存使用和数据使用等程序实现正确性问题，主要利用对软件源代码的静态分析和软件运行时的动态分析来发现缺陷。但是，软件可信性是一个内涵广泛的概念，并不存在一种单独的方法能够完全保证软件可信。近年来，模型驱动的开发方法在嵌入式软件领域得到了 一些应用，在使用时首先对需求进行形式化建模、验证，然后通过代码生成器生成软件的源代码，在极大改善生产率的同时，也有效地提高了软件的可信性。这种方法在一定程度上解决了软件正确性问题，特别是避免了因传统工具或方法设计软件时存在的人为疏忽，并提高了嵌入式软件开发的效率，但它们对嵌入式软件中的几类关键可信问题缺乏针对性，没有给出系统的解决方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供，通过构建基于可信要素的五元组技术体系，实现在每一个研制阶段针对每一个可信要素利用理论方法、工具以及度量评估对嵌入式软件的可信性进行系统全面的保障。本专利技术的技术解决方案是:，包括如下步骤:(I)确定嵌入式软件的可信要素，包括动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶段一致性；(2)在步骤(1)确定的嵌入式软件可信要素的基础上构建一个五元组技术体系模型{E，S，TM, Τ, M}，用该五元组技术体系模型表示嵌入式软件可信性保障方法；其中E是嵌入式软件可信要素的集合，E={动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶段一致性} ;S是嵌入式软件生命周期各个研制阶段的集合，S={需求分析阶段、软件设计阶段、软件编码阶段、软件测试阶段} ;TM是可信性保障理论和方法的集合，根据可信要素选择与研制阶段相匹配的可信性保障理论和方法；T是可信性保障工具的集合，T是TM的工程化形态，即相关可信性保障理论和方法对应的自动化软件工具集合…表示可信性度量和评估；(3)基于步骤(2)构建的五元组技术体系模型，在每一个研制阶段，针对每一个可信要素利用理论方法、工具以及度量评估进行可信性保障活动，具体过程为:首先判断S中的各个阶段是否已完成，如果未完成，则对可信要素E分解到该阶段的每个子要素和元要素，判断T中是否存在对应的工具，如果存在，则使用工具进行可信性保障，否则采用对应的指南、规范保障该要素，直到S中的所有研制阶段都已完成；当完成S中的所有研制阶段后，对软件的可信性进行度量和评估，如果评估结果满足要求，则结束；否则，按照上述步骤实施二次保障；从而实现嵌入式软件可信性的系统全面的保障。按照可信性保障的目标，所述的嵌入式软件可信性保障方法将可信性保障活动分配到各个研制阶段，每项可信性保障活动都以可信性保障工具为支持，按照研制阶段的顺序，在各项可信性保障活动中应用T中对应的工具，或按照相应的指南和规范开发嵌入式软件。嵌入式软件可信要素集合E中的每一个要素根据嵌入式软件生命周期各个研制阶段的集合S中的各个研制阶段进一步划分为子要素和元要素JfE中的每一个要素分解到S中的各个研制阶段，形成子要素，子要素与各个阶段完成的工作密切相关；根据每个阶段研制活动的划分，子要素 继续分解形成元要素；可信性保障活动贯穿S中的各个研制阶段，在每个阶段以实现子要素和元要素的保障为目标，最终实现对可信要素的保障，也就是对软件可信性的保障。所述的嵌入式软件可信性保障方法中，为同一个可信要素在不同研制阶段分配了不同子要素和元要素，从而保证了可信性在阶段之间的协同和正确传递。所述的嵌入式软件可信性保障方法在完成各阶段的可信性保障活动后，按照一定的可信性度量模型对软件的可信性给出量化评估。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果:(I)本专利技术以工程实践中提炼出的嵌入式软件可信要素为基础，使得可信性保障更具有针对性。使用不同粒度的、与研制阶段相关联的可信要素来指导可信性保障活动，保证了可实施性。(2)本专利技术将软件可信性保障按照可信要素分配到软件研制各阶段，使得软件可信性保障更具系统性和全面性。(3)本专利技术立足当前嵌入式软件主流的研制模式，可在不改变现有软件研制流程的条件下，对软件可信性进行系统保障。(4)本专利技术与目前大多数依赖过程管理体系保证软件质量的方法有明显不同，采用工具(指南、规范)作为嵌入式软件可信性保障活动的最终手段，实现了软件可信性保障从依赖人到依赖工具的转变。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术方法流程图；图2为基于可信要素的五元组技术体系模型。【具体实施方式】本专利技术提供一种面向可信要素的嵌入式软件可信性保障方法，包括如下步骤:(I)确定嵌入式软件的可信要素，包括动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶段一致性；(2)在步骤(1)确定的嵌入式软件可信要素的基础上构建一个五元组技术体系模型{E，S，TM, Τ, M}，用该五元组技术体系模型表示嵌入式软件可信性保障方法；其中E是嵌入式软件可信要素的集合，E={动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式软件可信性保障方法，其特征在于包括如下步骤：（1）确定嵌入式软件的可信要素，包括动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶段一致性；（2）在步骤（1）确定的嵌入式软件可信要素的基础上构建一个五元组技术体系模型{E,S,TM,T,M}，用该五元组技术体系模型表示嵌入式软件可信性保障方法；其中E是嵌入式软件可信要素的集合，E={动态时序、内存使用、数据使用、计算误差、协议正确性、状态转换、故障处理、编译等价性、编码、各阶段一致性}；S是嵌入式软件生命周期各个研制阶段的集合，S={需求分析阶段、软件设计阶段、软件编码阶段、软件测试阶段}；TM是可信性保障理论和方法的集合，根据可信要素选择与研制阶段相匹配的可信性保障理论和方法；T是可信性保障工具的集合，T是TM的工程化形态，即相关可信性保障理论和方法对应的自动化软件工具集合；M表示可信性度量和评估；（3）基于步骤（2）构建的五元组技术体系模型，在每一个研制阶段，针对每一个可信要素利用理论方法、工具以及度量评估进行可信性保障活动，具体过程为：首先判断S中的各个阶段是否已完成，如果未完成，则对可信要素E分解到该阶段的每个子要素和元要素，判断T中是否存在对应的工具，如果存在，则使用工具进行可信性保障，否则采用对应的指南、规范保障该要素，直到S中的所有研制阶段都已完成；当完成S中的所有研制阶段后，对软件的可信性进行度量和评估，如果评估结果满足要求，则结束；否则，按照上述步骤实施二次保障；从而实现嵌入式软件可信性的系统全面的保障。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨孟飞，顾斌，陈睿，郭向英，赵雷，董晓刚，綦艳霞，王政，陈尧，乔磊，沈沛，郝伟，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11