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DO-178C將現(xiàn)代技術(shù)引入安全關(guān)鍵型軟件開發(fā)

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:嵌入式計算設(shè)計 ? 作者:TIM KING,BILL ST. C ? 2022-11-08 11:27 ? 次閱讀
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自1992年DO-178B推出以來,航空電子軟件技術(shù)突飛猛進。DO-178C將把安全關(guān)鍵型軟件開發(fā)帶入現(xiàn)代,增加對UML和數(shù)學(xué)建模、面向?qū)ο?a target="_blank">編程和形式化方法等先進技術(shù)的支持。第三方工具、平臺和認證服務(wù)的隨時可用將加速DO-178C的采用和部署。

隨著軟件變得越來越復(fù)雜,很難在代碼級別管理該軟件的設(shè)計。面向?qū)ο缶幊蹋?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/C++/" target="_blank">C++、Ada 和 Java)和建模(UML、數(shù)學(xué)等)使設(shè)計人員能夠在更高級別概念化、架構(gòu)和封裝其設(shè)計,從而簡化了復(fù)雜軟件的開發(fā)。與基于模型的開發(fā)相關(guān)的形式化方法可以更輕松地評估復(fù)雜軟件功能(如控制回路)的正確性。

DO-178C 繼承了 DO-178B 核心文檔、原則和流程,同時增加了對高級建模、面向?qū)ο缶幊毯托问交椒ǖ闹С郑攸c是從模型到可執(zhí)行代碼再到返回的雙向可追溯性(側(cè)欄 1)。DO-178C 還提供了工具補充,用于詳細解決不僅用于建模、面向?qū)ο缶幊毯托问交椒ǖ墓ぞ叩南薅ê凸δ?,還用于其他開發(fā)技術(shù)(如過程軟件和程序集級編程)的工具的資格和功能。

DO-178C 補充

DO-178C工作組已經(jīng)制作了三種開發(fā)技術(shù)補充:面向?qū)ο蠹夹g(shù)和相關(guān)技術(shù)(OOT和RT),基于模型的開發(fā)和驗證以及形式化方法。它還大大擴展了DO-178B中的工具認證指南。這四份增刊已由RTCA出版為:

DO-330,軟件工具認證注意事項

DO-331,DO-178C 和 DO-278A 的基于模型的開發(fā)和驗證補充

DO-332,面向?qū)ο蠹夹g(shù)和相關(guān)技術(shù) DO-178C 和 DO-278A 的補充

DO-333,DO-178C 和 DO-278A 的形式化方法補充

請注意,DO-278A 相當(dāng)于 DO-178C 的地面系統(tǒng)。

面向?qū)ο蠹夹g(shù)及相關(guān)技術(shù)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)和相關(guān)技術(shù)(OOT&RT)是用于手動代碼開發(fā)和驗證的綜合安全關(guān)鍵軟件指南。它不僅包括面向?qū)ο蟮能浖_發(fā),還包括過程語言中使用的技術(shù)。這些相關(guān)技術(shù)包括動態(tài)內(nèi)存管理、重載、參數(shù)化多態(tài)性(例如 C++ 中的模板和 Ada 中的泛型)類型轉(zhuǎn)換和虛擬化。最終結(jié)果是,OOT和RT補充可以在大多數(shù)使用過程語言和OOT的項目上調(diào)用。

OOT和RT最重要的補充是新目標(biāo)的定義。目標(biāo)確定必須生成哪些開發(fā)資產(chǎn)、集成流程和驗證工件才能使產(chǎn)品可認證。OOT 和 RT 定義了兩個新的驗證目標(biāo):第一個驗證本地類型一致性,這使得子類方法能夠安全地重寫父類方法。第二個驗證動態(tài)內(nèi)存管理系統(tǒng)的使用是否可靠。特別是,它驗證了動態(tài)內(nèi)存管理系統(tǒng)的以下特征:引用歧義、碎片饑餓、釋放匱乏、內(nèi)存耗盡、過早釋放、丟失更新和過時引用以及未綁定分配或解除分配時間。

基于模型的開發(fā)和驗證(MBD&V)

在審查和批準(zhǔn)MBD&V補充時,最大和最具爭議的挑戰(zhàn)是確定在目標(biāo)系統(tǒng)上編譯,鏈接和加載的可執(zhí)行目標(biāo)代碼(EOC)上使用的最終驗證方法。在所考慮的MBD&V系統(tǒng)的背景下,EOC可以直接追溯到模型自動生成的源代碼。從歷史上看,在驗證一些航空電子軟件方面有一個先例,這些軟件在模型本身中都進行了測試,而沒有對EOC進行目標(biāo)測試,有效地消除了DO-178C“核心文件”中EOC測試的目標(biāo)。相反,DO-178C全體會議同意必須在目標(biāo)系統(tǒng)上對EOC進行某種形式的獨立驗證,從而保留DO-178C的EOC目標(biāo)。

盡管就EOC驗證達成了共識,但MBD&V補充確實增加了許多目標(biāo),為模型在模型架構(gòu)和模型代碼上執(zhí)行或至少由模型定義的驗證活動提供認證信用。這些驗證活動主要由“模擬用例”執(zhí)行,這些用例代替測試用例和其他形式的驗證運行。

添加到任何DO-178C技術(shù)補充中的最明確的常見問題解答可能是添加到MBD&V補充中的常見問題解答。新常見問題解答的范圍涵蓋開發(fā)和驗證,不僅包括標(biāo)準(zhǔn)的高級和低級軟件要求以及相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計模型,還包括分配給軟件的系統(tǒng)要求。從歷史上看,這些模型類型和需求層次結(jié)構(gòu)之間的差距及其各種來源一直是MBD&V項目中模糊和實現(xiàn)不佳設(shè)計的主要原因。

形式化方法補充

形式化方法補充遵循與MBD&V類似的軌跡,因為它最終也同意通過規(guī)定最終通過形式方法或數(shù)學(xué)證明對EOC進行獨立驗證來保留核心文件的EOC目標(biāo)。形式化方法或MBD&V補充尚未明確解決的一個關(guān)鍵問題是這些補充之間可能發(fā)生的明顯領(lǐng)域重疊。也就是說,形式化方法(FM)作為一種開發(fā)和驗證技術(shù),本身就利用了一種基于模型的開發(fā)形式。美國聯(lián)邦航空局將在將于今年發(fā)布的通知中解決這一和其他潛在的領(lǐng)域重疊問題。

軟件工具鑒定注意事項

當(dāng)DO-178C的過程通過使用軟件工具被消除,減少或自動化時,需要對工具進行認證,而其輸出沒有按照標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進行驗證。工具鑒定過程的目的是確保工具提供的信心至少與消除、減少或自動化的過程相同。

軟件工具認證注意事項文檔介紹了一種新的工具認證結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由三個標(biāo)準(zhǔn)和五個工具認證級別 (TQL) 組成,如表 1 所示。

表 1:軟件工具資格認證注意事項文檔引入了新的工具資格認證結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由三個標(biāo)準(zhǔn)和五個工具資格級別 (TQL) 組成。

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標(biāo)準(zhǔn) 1 適用的 TQL 是 DO-178B 中開發(fā)工具的替代品。

標(biāo)準(zhǔn) 2 是 DO-178C 的新標(biāo)準(zhǔn),旨在解決新方法中工具使用的擴展問題。標(biāo)準(zhǔn) 2 基本上要求對軟件級別 A 和 B 上使用的工具進行比 DO-178B 標(biāo)準(zhǔn)更高的嚴(yán)格性,以增加使用該工具的信心。

標(biāo)準(zhǔn) 3 完全由 TQL-5 級組成,是 DO-178B 中驗證工具的替代品。

為了幫助安全關(guān)鍵型開發(fā)人員充分利用 DO-178 的高級功能,自動化和簡化開發(fā)、驗證和認證流程的工具變得至關(guān)重要。例如,DO-178C 第 11 節(jié)介紹了跟蹤數(shù)據(jù),它將其描述為生命周期數(shù)據(jù)項(如需求、設(shè)計、源代碼和測試用例)之間的參考鏈接。自動化生命周期數(shù)據(jù)可追溯性的工具的一個關(guān)鍵方面是用于建立向前和向后可追溯性的工具,從需求向下到分解樹,再到可執(zhí)行代碼,然后再返回,包括驗證任務(wù)。

自動化工具大大減少了與開發(fā)符合 DO-178 標(biāo)準(zhǔn)的軟件相關(guān)的時間和成本。然而,DO-178認證仍然是一個昂貴、耗時和艱巨的過程。為了幫助航空電子設(shè)備制造商加快這一過程,一些公司,如DDC-I,除了為DO-178B和DO-178C提供交鑰匙開發(fā)和認證服務(wù)外,還提供已經(jīng)通過DO-178B A級認證的基于Eclipse的開發(fā)工具和RTOS平臺。

DO-178C 簡化航空電子設(shè)備開發(fā)

DO-178C標(biāo)志著復(fù)雜航空電子軟件開發(fā)人員向前邁出了一大步,這些軟件必須經(jīng)過最高級別的安全關(guān)鍵性認證。DO-178C 通過采用形式化方法、高級建模和面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來簡化開發(fā)過程,使設(shè)計人員能夠在更高層次上概念化和封裝他們的軟件。它還通過提供從模型和要求到可執(zhí)行代碼并再次返回的雙向可追溯性來簡化驗證和認證過程。結(jié)合自動化工具、平臺和認證服務(wù),DO-178C極大地闡明了降低與開發(fā)、認證和部署復(fù)雜的安全關(guān)鍵航空電子軟件相關(guān)的成本的風(fēng)險和潛在手段。

審核編輯:郭婷

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