软件可靠性与安全性工作要求综述

在航天、军事等领域中,硬件功能软件化、软件密集化已成为发展趋势。软件作为系统中的关键组成部分,其对系统的影响比重日益增大,如何保证软件的可靠性与安全性受到广泛关注。特别是当前型号中软件规模、复杂度、软硬件耦合程度大幅提升,对软件可靠性与安全性工作提出了更高的要求。本文在调研国内外有关标准的基础上,结合实际型号工程经验,对软件技术管理要求、不同阶段的可靠性与安全性工作要求等进行了系统总结,可为后续的软件可靠性与安全性设计、验证及管理等工作提供输入。     

基于系统状态分析的软件可靠性测试方法

航天工程类软件由于其应用环境的特殊性,对软件的可靠性和安全性非常重视.但是在航天型号中应用常规软件可靠性测试方法对工程软件进行可靠性评估却存在许多实际困难,本文介绍了一种基于系统状态分析的软件可靠性测试方法,为在航天型号工程类软件中开展可靠性测试提供了一条可实现途径.     

航天软件可靠性安全性技术应用发展趋势

从航天工程应用的角度介绍了国外软件可靠性安全性技术应用发展趋势，结合作者在实时嵌入式软件可靠性测试与安全性分析方面的实践进行了总结。     

航天器可靠性工程的薄弱环节分析及应对措施

从中国航天器研制中的可靠性需求出发,介绍了我国航天器可靠性工程取得的成绩。分析了美国可靠性工程的特征,针对航天器可靠性工程在可靠性专职人员的配备、可靠性设计及应用、可靠性试验验证技术、软件可靠性技术、在轨管理可靠性技术和可靠性技术基础等方面存在的薄弱环节进行了分析,并提出了应对措施。研究结果可为我国航天器可靠性工程的建设提供参考。     

软件故障树分析实例研究

软件故障树分析(SFTA)是硬件或系统FTA的扩展,可应用于安全性关键软件的验证和可靠性分析.本文首先阐述了SFTA的原理和应用过程,然后介绍了结合某嵌入式软件进行实际应用的过程以及最小割集的生成,并在此基础上提出了对该软件的改进建议.     

航天器研制一体化可靠性系统设计

分析了当前国内外主流商业可靠性软件工作模块完备性不足、模块"组合化"的特点与航天器全研制周期可靠性工作数字化、信息深度关联融合实际需求的差距,设计了航天器研制一体化可靠性系统。该系统架构为产品设计工作和可靠性工作提供同一工作平台,以统一数据库为基础,深度集成不同厂家的可靠性软件,满足航天器全研制周期的可靠性数字化工作需求;对产品技术状态管理、可靠性大纲与策划、可靠性报告编制等目前需要人工工作的部分进行数字化设计;基于统一数据库,深度融合可靠性建模、故障模式与影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、潜通路分析等多种可靠性软件。在探月三期工程轨道器研制中的应用实践表明:一体化可靠性系统契合航天器研制特点,能够实现全研制周期的可靠性工作数字化,提高了轨道器可靠性工作的全面性、灵活性和方便性,具有很高的工作效率。     

面向型谱与面向领域相结合的战术武器软件构件化设计

面向型谱与面向领域结合的软件构件化设计方法,是在面向领域的基础上充分考虑型号设计的实际需求与软件复用过程中遇到的实际问题提出的。该方法有效地解决了面向领域软件组装时间过长,软件组装后需要适应性修改、测试、验证,导致研制效率与质量不高的问题,以及软件复用不能针对特定型谱建设,导致软件复用过程针对性不足的问题。该方法有效提升了软件复用效率与质量,在型号应用中成效显著。     

载人飞船回收着陆分系统可靠性、 安全性设计与验证

文章主要介绍了载人飞船回收着陆分系统可靠性、安全性设计准则、设计分析方法、设计措施以及试验验证等。地面试验以及飞行试验的验证表明:回收着陆分系统的可靠性、安全性设计措施有效,试验验证充分,分系统的工作可靠,可靠性和安全性均满足其指标要求。     

基于高性能通用计算机的软件基带技术

随着通用计算机和软件处理技术的发展,测控基带软件化已经成为航天测控设备一种新的实现形式。在回顾和总结软件接收机发展历程的基础上,从处理平台、总线交互接口、操作系统、并行处理技术等方面分析软件基带的技术途径,从实时性、时间同步性、可靠性、成本等方面分析软件基带面临的挑战,并展望软件基带的发展前景。     

嵌入式操作系统VxWorks在导弹武器测试发射控制领域的可行性应用研究

为了实现武器系统对测试发控领域软件的系统需求和适应测试发控系统硬件技术的可持续发展 ,本文通过对若干嵌入式实时操作系统进行调研和比较 ,选择了VxWorks作为武器系统测试发控领域软件开发平台 ,并通过一系列试验验证了其工程应用的可行性。     

NASA软件标准和体系研究

美国国家航空航天局(NASA)将软件视为核心能力和关键赋能技术,近年来集中修订和发布了一系列软件工程要求和安全保证等相关标准和手册,形成科学有效的NASA软件标准体系。本文跟踪NASA最新发布的软件标准,重点梳理标准内容之间的关联,着重分析各标准的侧重点。按照软件管理和工程推进顺序,系统介绍了NASA软件要求框架及相关内容,简单描述了NASA具体要求通用条目、主题讨论内容梗概和软件工具表目等,研究了NASA软件标准体系,借鉴NASA成熟经验,对我国航天软件提出了进一步的工作建议,以期推进我国航天软件的发展。     

国外航天软件故障原因分析

介绍了包括阿里安-5火箭、＂火星气候轨道器＂、＂火星极地着陆器＂在内的几个国外航天器和运载器发生的在轨故障,并从技术和管理方面分析了这些故障中与软件相关的原因。针对技术方面,分析了国外航天软件研制过程中在软件需求分析、软件复杂度、软件重用、软件安全性设计准则、质量保证及评审、系统安全性设计、测试及仿真环境缺陷等方面存在的问题;针对管理方面,分析了责任和权力划分、沟通渠道等方面存在的问题。文章最后给出了美国国家航空航天局专家针对这些问题提出的改进建议,提出了针对我国航天软件研制过程的启示和建议,如加强团队之间的沟通,提高评审效率。     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

星载软件重用技术研究

介绍了软件重用技术、意义和实现途径,讨论了星载软件重用技术的形式,分析了影响星载软件可重用性的主要因素,并根据星载实时嵌入式系统特点,提出了基于标准化硬件和通信协议的层次框架软件重用方法。研究认为基于层次框架的星载软件可重用技术能提高效率、降低成本,同时也提高星载软件可靠性和安全性。     

软件重构技术研究与应用

软件产品功能需求的不断变化为软件产品开发按照既定项目进度完成带来极大的困难,为有效解决该问题,提出了一种在软件产品研制过程中采用软件重构技术的方案,介绍了软件重构的定义作用及应用原则,结合软件重构在项目中的应用,进行了效果对比及分析。说明软件重构技术在提高软件质量和满足需求变化方面有明显的作用。     

小卫星新一代CAN FD总线应用技术研究

针对现有小卫星CAN总线通信能力无法满足大规模星载软件在轨重构需求,文章在剖析高传输速率灵活可变数据率控制局域网络(CAN FD)总线技术特点后,提出了适用于小卫星软件在轨重构的新一代CAN FD总线技术应用方法,设计了卫星数据模型(SDM)、总线动态数据实时管理协议,进行了小卫星CAN FD总线架构设计,以及基于小卫星即插即用技术、静动态信息融合的CAN FD总线时序设计,解决了传统CAN总线协议无法适用于小卫星即插即用、高传输速率下总线通信时间占用率过高的瓶颈问题;通过设计CAN FD总线节点,对星载星务主机与下位机之间CAN FD总线通信进行了测试验证,结果表明:CAN FD总线通信协议很好地支持节点的即插即用,通信速率可以达到5 Mbit/s,满足小卫星星载软件的重构需求,可为后续小卫星工程应用提供参考。     

设计模式在任务调度软件中的应用

设计模式是一种基于面向对象思想的软件设计方法,合理应用设计模式能降低软件模块间的耦合度,提高软件灵活性。文章介绍了遥感卫星地面应用系统任务调度软件,并指出此类软件的开发存在需求不确定、输入易变的问题。在对通用需求和易变需求分析的基础上,应用Builder,Composite和Factory Method等设计模式,解耦任务执行控制、任务数据生成和算法调用接口等功能模块,得出一种任务调度软件的设计方案。该方案经过变更影响分析法的验证,能够将各种需求变更的影响控制在对应的模块内,复用通用功能模块,可有效减少变更工作量和降低修改难度。     

探空火箭有效载荷集成测试软件系统的设计与实现

为适应国内新一代探空火箭载荷系统的各类测试需求,集成测试软件系统综合采用了组播和USB等技术;软件算法上实现了相位解模糊、RS译码等功能,解决了载荷数据的校验问题,提高了系统的可靠性。"子午工程"首枚探空火箭成功发射的经验表明,该软件系统的设计满足探空火箭有效载荷的集成测试需求,具有较好的通用性及可扩展性,有效降低了测试系统的硬件成本。     

气象卫星地面测试成像终端软件设计与实现

根据气象卫星地面测试对成像终端软件的要求，对成像终端软件的设计与工程实现进行了研究。给出了成像终端软件的接口要求、设计思想、实现方法和可靠性设计等。整星测试结果表明，成像终端软件的设计原理和实现方法合理可行。     

软件需求中的可靠性策略

软件可靠性要求的实现应是从系统分析和需求阶段就开始进行考虑，通过软件的需求、设计、编码、测试、维护以及相应的组织和管理来保证。文中通过对时钟结构化的分析，试图就航天嵌入式软件谈了在需求分析阶段中软件可靠性策略与体会，同时论述了在航天工程中软件接口分析的合理性与增强软件可靠性的意义。