如何提高安全关键领域的软件开发质量

2022-09-02 09:36:41 digiproto
任何关于优化软件开发过程的尝试都不可避免地需要在软件质量、资源和时间之间进行权衡。只有在掌握了“三要素”中至少两样的前提下,才有可能实现软件开发过程的优化。
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▲质量、资源和时间“三要素”


对安全关键领域或业务关键的软件来说,如在质量上有任何细微的妥协,都将可能导致严重的经济损失或危及生命安全的后果,该类软件开发的首要重点必须为质量。本文将讨论把软件质量放在首位时的嵌入式软件开发流程优化方法。


01

什么是软件质量

在软件开发的最初阶段,需求方通常对最终的软件产品有着明确的需求与并不十分明确的期待,而软件质量指代的就是产品最终与之相符的程度。具体而言,软件质量指软件与已被明确叙述的功能和性能需求、开发标准及任何专业开发的软件都应具备的隐形特征相一致的程度。


影响软件质量的因素如下图所示:

影响软件质量的因素.png

▲影响软件质量的因素


02

质量文化

质量文化(Quality Culture)是企业发展的核心,指企业在生产经营活动中所形成的质量意识、质量精神、质量行为、质量价值观、质量形象以及企业所提供的产品或服务质量等的总和。


质量文化视测试与品控为开发过程的重中之重,倾向于提高开发透明度及责任细分度,能够有效减少开发高质量产品的成本。


良好的沟通是质量文化运作的基石。为提升团队沟通的效率,可选择使用组内每日例会的形式保证直观、清晰的Bug描述,以避免修复Bug的过程中可能出现的问题。跨职能团队之间的良好沟通有助于确保所有利益相关者对质量和安全目标达成共识,进一步提升企业质量文化。


03

优化件开发方法

专业领域的软件通常有着专属安全标准,如汽车领域的ISO 26262《道路车辆功能安全》国际标准、工业功能安全领域的IEC 61508《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》、航空领域的DO-178C机载系统和设备认证中的软件注意事项等。以上标准对软件开发的定义皆为下图所示的线性过程:

专业软件开发的V字形模型:左侧为需求定义过程,右侧为测试验证过程.png

▲专业软件开发的V字形模型:左侧为需求定义过程,右侧为测试验证过程


按V字形模型所示的开发流程进行开发的产品很难摆脱传统耗时较久的“瀑布模式”,而现代软件开发方法(如敏捷和DevOps)能够在保证软件质量的同时有效缩短软件开发周期。敏捷与DevOps被认为是创建更精简、更具迭代性的软件开发流程方法所需的概念,能够在实现测试“左移”的同时更好地进行安全关键领域的嵌入式软件开发。


04

左移(Shift-left)

测试在完整的软件开发生命周期中通常会面临着以下挑战:


在开发的早期阶段着重编码而忽视测试,代码不稳定,团队效率降低。

手工测试与其他工具集成的成本居高不下,敏捷和DevOps无从下手。

用户界面的驱动测试缓慢且脆弱,测试手段无法实现符合需求的覆盖率。


采用“左移”的测试方法是应对这些挑战的关键。“左移”指在软件开发周期中较早进行测试,确保在软件需求及设计的正确性上花费足够的时间,避免不必要的问题的产生,从而减少整体工作量及开发时间。“左移”以“尽早发现错误”为原则:错误发现得越早,其解决就越快、越容易,成本也会越低。“左移”已被逐步应用于大型复杂嵌入式系统。以敏捷开发方法为例,可通过在每个迭代处应用迷你V字形模型来推进软件开发。


总体而言,将软件质量作为首要因素时,可以通过以下方法优化嵌入式软件开发流程:


· 撰写高质量的需求

·  以硬件为基础

·  让领域专家参与需求定义

·  优化项目范围

·  简单设计

·  静态分析

·  自动生成测试用例

·  持续集成

·  半实物仿真

·  简化需求跟踪

·  撰写易于维护的测试用例


SkyEye,中文全称天目全数字实时仿真软件(点击查看详情),是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台,支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模,是真实物理硬件的数字孪生,可达到软件质量、资源、时间齐头并进的理想目标。


SkyEye可通过实现对源码的快速修改实现测试环境的更新,亦可通过全数字实时仿真对标真实硬件,大大减少硬件资源消耗,使多个部门同时开发,能够在保证软件质量的基础上显著提升开发效率,缩短开发周期。


参考链接

https://www.embedded.com/enhancing-quality-in-software-development-for-critical-systems/



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