專利名稱：一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)領(lǐng)域，具體是一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
隨著嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，其系統(tǒng)的可靠性與安全性有著更高的要求。由于軟硬件結(jié)合非常緊密，嵌入式系統(tǒng)的可靠性依賴于它的軟件和硬件。然而目前軟、硬件可靠性試驗(yàn)通常是分開進(jìn)行的，相應(yīng)的試驗(yàn)剖面也單獨(dú)考慮。即使一起進(jìn)行軟硬件綜合試驗(yàn)，所構(gòu)造的軟硬件可靠性試驗(yàn)剖面也并沒有站在系統(tǒng)的角度考慮一致性，在此基礎(chǔ)上收集的失效數(shù)據(jù)也就不能用于系統(tǒng)的可靠性評估。因此，有必要將軟硬件可靠性試驗(yàn)剖面有效地結(jié)合起來，以真實(shí)地反應(yīng)系統(tǒng)的工作環(huán)境。對于硬件方面而言，其可靠性試驗(yàn)剖面已經(jīng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)GJB899A-2009，該標(biāo)準(zhǔn)附錄B提供了方法制定試驗(yàn)剖面、應(yīng)力量值及其變化率。國內(nèi)也有學(xué)者對該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究以及改善，如有學(xué)者研究了一種將實(shí)測應(yīng)力和參考應(yīng)力相結(jié)合設(shè)計(jì)可靠性試驗(yàn)剖面的方法。軟件方面不同于硬件，相對不夠成熟，比較常見的有Musa測試剖面和馬爾科夫測試剖面等。Musa提供的操作剖面構(gòu)造的工程化方法，以操作為最小單元自頂向下構(gòu)造軟件操作剖面。Whittaker和Prooe則是將Markov理論應(yīng)用到了軟件操作剖面的分析和開發(fā)中，提出基于Markov過程的操作剖面。另外還有學(xué)者提出了使用剖面的概念，它是Musa測試剖面的擴(kuò)展，為其增加了動態(tài)的使用信息，使可靠性測試數(shù)據(jù)生成更加接近于真實(shí)使用。目前，并沒有針對嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)行軟硬件綜合的可靠性試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，能夠生成用于系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從而獲得相應(yīng)的失效數(shù)據(jù)。如此不但無法真實(shí)地反應(yīng)嵌入式系統(tǒng)的工作環(huán)境，后續(xù)嵌入式系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證與評估也存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對由于嵌入式系統(tǒng)的可靠性依賴于其軟、硬件，目前缺少對嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)行軟硬件綜合的可靠性試驗(yàn)剖面構(gòu)造的方法，使獲得用于嵌入式系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常困難，提出了一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法。本發(fā)明提出的一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，具體包括如下步驟步驟I :系統(tǒng)分析，指對綜合試驗(yàn)剖面的描述對象進(jìn)行分析明確，描述對象包含被測系統(tǒng)、被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)(以下簡稱大系統(tǒng))、交聯(lián)系統(tǒng)以及用戶。步驟2:系統(tǒng)任務(wù)分析。它指針對大系統(tǒng)進(jìn)行分析，收集其任務(wù)方面的資料。因此在這一步驟中，可以繪制硬件可靠性剖面中的任務(wù)剖面以及軟件可靠性剖面中的系統(tǒng)任務(wù)剖面，因?yàn)樗鼈兠枋龅木鶠榇笙到y(tǒng)的任務(wù)信息。
步驟3 :系統(tǒng)流程分析。它描述流經(jīng)系統(tǒng)主要狀態(tài)遷移過程的路徑，從大系統(tǒng)初始狀態(tài)開始到系統(tǒng)終止?fàn)顟B(tài)結(jié)束，遍歷其中所有基本流程和備選流程。系統(tǒng)流程分析是在大系統(tǒng)任務(wù)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入，這一步可以繪制的是軟件可靠性剖面中的系統(tǒng)狀態(tài)剖面。步驟4 :核心剖面構(gòu)造，核心剖面包括硬件可靠性剖面的環(huán)境剖面和試驗(yàn)剖面，以及軟件可靠性剖面的軟件狀態(tài)剖面和軟件操作剖面。步驟4. I :確定環(huán)境剖面中的環(huán)境參數(shù)，根據(jù)環(huán)境剖面數(shù)據(jù)表繪制環(huán)境剖面。所述的環(huán)境剖面中主要的環(huán)境參數(shù)是溫度、振動、溫度和輸入電壓以及它們相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間。步驟4. 2 :對環(huán)境剖面數(shù)據(jù)表進(jìn)行簡化，得到試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表，根據(jù)試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表繪制試驗(yàn)剖面。步驟4.3 :流程對應(yīng)。首先，分析被測軟件的所有狀態(tài)，將被測軟件的狀態(tài)與被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的狀態(tài)對應(yīng)，然后繪制軟件狀態(tài)剖面，用于描述被測軟件的狀態(tài)遷移過程。軟件狀態(tài)剖面采用UML狀態(tài)圖表示。一個(gè)被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)以上被測軟 件的狀態(tài)。步驟4. 4 :數(shù)據(jù)交互分析。數(shù)據(jù)交互分析就是先將被測軟件的輸入數(shù)據(jù)分類，然后綜合軟件狀態(tài)剖面來描述這些輸入數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間的分布情況，得到軟件操作剖面，軟件操作剖面采用UML時(shí)序圖和類圖表示。步驟5 :概率信息確定。首先，需要確定兩類概率信息大系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行概率；被測軟件場景狀態(tài)圖中各狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生概率。然后，根據(jù)第一類概率信息，可以將各個(gè)大系統(tǒng)任務(wù)下的試驗(yàn)剖面按照附錄B合成得到一個(gè)合成試驗(yàn)剖面。最后，綜合這兩類概率信息，可以得到軟件可靠性剖面中各個(gè)測試場景的抽取概率。所述的測試場景的抽取概率等于從大系統(tǒng)任務(wù)到具體場景流程進(jìn)行每一次概率抽取的所有概率乘積。步驟6 :軟硬件可靠性剖面結(jié)合，具體是按照任務(wù)階段對硬件可靠性剖面的合成試驗(yàn)剖面進(jìn)行切片，然后順序選取切片，針對每個(gè)切片，找到該切片所處的任務(wù)階段的所有測試場景，得到所找到的測試場景對應(yīng)的軟件可靠性剖面切片，將硬件可靠性剖面的切片與相應(yīng)的軟件可靠性剖面切片結(jié)合起來。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果利用本發(fā)明提出的軟硬件綜合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，能更加真實(shí)地體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的真實(shí)使用情況，描述了在同一任務(wù)階段下被測系統(tǒng)所受硬件應(yīng)力的變化情況以及運(yùn)行在被測軟件輸入隨時(shí)間的變化情況。另外基于該綜合試驗(yàn)剖面可以生成被測嵌入式系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加可靠，更加適用于系統(tǒng)的可靠性測試試驗(yàn)中，對被測系統(tǒng)的失效分析也有輔助作用。


圖I是本發(fā)明方法的軟硬件可靠性剖面對應(yīng)關(guān)系圖；圖2是本發(fā)明綜合試驗(yàn)剖面方法的構(gòu)造流程圖；圖3是本發(fā)明方法軟件可靠性剖面中系統(tǒng)任務(wù)剖面的一個(gè)實(shí)例圖；圖4是本發(fā)明方法軟件可靠性剖面中系統(tǒng)狀態(tài)剖面的一個(gè)實(shí)例圖；圖5是本發(fā)明方法軟件可靠性剖面中軟件狀態(tài)剖面的一個(gè)實(shí)例圖；圖6是本發(fā)明方法軟件可靠性剖面中軟件操作剖面部分的一個(gè)實(shí)例圖；圖7是本發(fā)明方法軟件可靠性剖面中軟件操作剖面另一部分的一個(gè)實(shí)例圖8是本發(fā)明方法硬件可靠性剖面中合成試驗(yàn)剖面的一個(gè)實(shí)例圖；圖9是本發(fā)明方法軟硬件可靠性剖面結(jié)合的一個(gè)實(shí)例圖。
具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)和深入描述。本發(fā)明提出的一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，包括硬件可靠性剖面和軟件可靠性剖面，以及兩者之間的有效結(jié)合，其中兩者的結(jié)合方法是將這兩類剖面進(jìn)行切片，基于任務(wù)和時(shí)間兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)將切片進(jìn)行組合。由于硬件可靠性剖面的構(gòu)造方法已經(jīng)十分成熟，所以本發(fā)明中的硬件可靠性剖面主要是依照可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GJB899A-2009來繪制，該標(biāo)準(zhǔn)附錄B詳細(xì)地描述了 硬件環(huán)境條件的確定方法。硬件可靠性試驗(yàn)剖面的繪制流程是首先確定任務(wù)剖面，接著基于任務(wù)剖面繪制相應(yīng)的環(huán)境剖面，然后按照一定的規(guī)則對環(huán)境剖面進(jìn)行簡化得到試驗(yàn)剖
面。對設(shè)計(jì)執(zhí)行一種任務(wù)的設(shè)備，試驗(yàn)剖面與任務(wù)剖面和環(huán)境剖面是--對應(yīng)關(guān)系。對設(shè)
計(jì)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)的設(shè)備，則應(yīng)按照一定的規(guī)則將多個(gè)試驗(yàn)剖面合并，最后綜合得出一個(gè)典型的合成試驗(yàn)剖面。合成試驗(yàn)剖面是直接供可靠性試驗(yàn)用的環(huán)境參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系圖。其中任務(wù)剖面?zhèn)戎孛枋鋈蝿?wù)特性參數(shù)，而環(huán)境剖面?zhèn)戎孛枋鲈O(shè)備在使用過程中主要的環(huán)境參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上處理得到側(cè)重描述供試驗(yàn)用的環(huán)境參數(shù)與時(shí)間關(guān)系的試驗(yàn)剖面。本發(fā)明所提出的軟件可靠性剖面根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行了改善，改善后的軟件可靠性剖面測試輸入按照一定的原則，能夠和硬件可靠性剖面試驗(yàn)應(yīng)力在時(shí)間上的變化情況達(dá)成一致。本發(fā)明中的軟件可靠性剖面主要包括兩大部分剖面系統(tǒng)場景剖面和軟件場景剖面。系統(tǒng)場景剖面包含系統(tǒng)任務(wù)剖面和系統(tǒng)狀態(tài)剖面，分別通過系統(tǒng)任務(wù)分析和系統(tǒng)流程分析得來；接著分析軟件流程并與系統(tǒng)流程對應(yīng)起來，通過系統(tǒng)和軟件之間的狀態(tài)對應(yīng)表來得到軟件狀態(tài)剖面，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)交互分析得到軟件操作剖面，由軟件狀態(tài)剖面和軟件操作剖面組成軟件場景剖面。其中，系統(tǒng)任務(wù)剖面?zhèn)戎孛枋霰粶y系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的任務(wù)分類情況，而各個(gè)任務(wù)的任務(wù)階段劃分及狀態(tài)轉(zhuǎn)移則由系統(tǒng)狀態(tài)剖面描述；流程對應(yīng)下來軟件狀態(tài)的轉(zhuǎn)移路徑則由軟件狀態(tài)剖面負(fù)責(zé)，軟件操作剖面?zhèn)戎孛枋龅氖窃诖_定任務(wù)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移所需的軟件輸入與時(shí)間的關(guān)系。如圖I所示，硬件可靠性剖面和軟件可靠性剖面之間有著一定的對應(yīng)關(guān)系，對于硬件可靠性剖面而言，從任務(wù)剖面到環(huán)境剖面再到試驗(yàn)剖面，各個(gè)任務(wù)的任務(wù)階段及其持續(xù)時(shí)間是對應(yīng)下來的。對于軟件可靠性剖面而言，系統(tǒng)任務(wù)剖面與硬件可靠性剖面的任務(wù)剖面是任務(wù)對應(yīng)的，同時(shí)每一個(gè)任務(wù)下的系統(tǒng)狀態(tài)剖面到軟件狀態(tài)剖面再到軟件操作剖面，所屬任務(wù)階段及其持續(xù)時(shí)間也是對應(yīng)下來的。最終同一任務(wù)對應(yīng)的試驗(yàn)剖面和軟件操作剖面所屬任務(wù)階段及其持續(xù)時(shí)間是對應(yīng)的。在確定了相關(guān)概率信息后，硬件各個(gè)任務(wù)試驗(yàn)剖面按照一定的規(guī)則合成得到合成試驗(yàn)剖面，也就是最后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。而軟件并非如此，概率信息是用于生成測試數(shù)據(jù)時(shí)對剖面的抽取，提取出的一個(gè)測試場景是一次為一個(gè)測試用例。綜上所述，一個(gè)硬件試驗(yàn)剖面對應(yīng)著同一大系統(tǒng)任務(wù)下的軟件操作剖面。合成試驗(yàn)剖面則對應(yīng)著各個(gè)任務(wù)下的軟件操作剖面。所以進(jìn)行綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造時(shí)，兩者不應(yīng)該單獨(dú)構(gòu)造，而是按照對應(yīng)關(guān)系一起構(gòu)造，然后將兩者結(jié)合起來。在一起構(gòu)造過程中，大系統(tǒng)相關(guān)信息應(yīng)該有所了解，比如執(zhí)行任務(wù)、運(yùn)行流程等。然后，從軟、硬件兩條線構(gòu)造核心剖面，其中的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)該保證。在此基礎(chǔ)上，接下來，分別對軟、硬件可靠性剖面進(jìn)行切片，然后組合以將兩者結(jié)合起來，使得兩類切片能夠在時(shí)間上對應(yīng)起來，屬于同一個(gè)系統(tǒng)使用情況。綜上所述，綜合試驗(yàn)剖面的構(gòu)造整體思路為按照對應(yīng)關(guān)系將硬件可靠性剖面、軟件可靠性剖面并行構(gòu)造，然后將構(gòu)造完畢的兩者結(jié)合起來。硬件可靠性剖面切片與軟件可靠性剖面切片各部分測試場景的對應(yīng)服從一定的概率分布，將該概率稱為結(jié)合概率(即軟件可靠性剖面切片中測試場景的抽取概率)。下面給出本發(fā)明中所要用到的兩個(gè)定義定義I :剖面切片就是按照一定任務(wù)階段的原則對剖面進(jìn)行分割的剖面部分。、定義2 :結(jié)合概率就是在軟件可靠性剖面切片中，某一測試場景部分與硬件可靠性剖面切片屬于嵌入式系統(tǒng)同一使用情況的可能性。如圖2所示，為本發(fā)明的軟硬件結(jié)合的綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法的流程示意圖。主要包括六大步驟系統(tǒng)分析、系統(tǒng)任務(wù)分析、系統(tǒng)流程分析、核心剖面構(gòu)造、概率信息確定以及軟硬件可靠性剖面結(jié)合。其中最后一步是整個(gè)構(gòu)造流程核心所在，然而前面的步驟是基礎(chǔ)，與這一步息息相關(guān)。其中硬件可靠性剖面的任務(wù)剖面、環(huán)境剖面、試驗(yàn)剖面和合成試驗(yàn)剖面繪制方法均參照GJB899A-2009標(biāo)準(zhǔn)，而軟件可靠性剖面的系統(tǒng)任務(wù)剖面、系統(tǒng)狀態(tài)剖面、軟件狀態(tài)剖面和軟件操作剖面則借助UML建模工具繪制。下面詳細(xì)介紹每一步驟。步驟I :系統(tǒng)分析，是指對綜合試驗(yàn)剖面的描述對象進(jìn)行分析明確，描述對象包含被測系統(tǒng)、被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)、交聯(lián)系統(tǒng)以及用戶。這些信息可以通過閱讀相關(guān)文檔獲得，例如研制任務(wù)書、需求文檔等；還可以查閱相關(guān)資料，例如書籍、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。步驟2 :系統(tǒng)任務(wù)分析，是指針對大系統(tǒng)進(jìn)行分析，收集其任務(wù)方面的資料。系統(tǒng)任務(wù)分析主要從三方面獲得信息一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方提供的相關(guān)資料，例如任務(wù)書、需求說明、任務(wù)剖面等；二是參考標(biāo)準(zhǔn)GJB899A-2009 ;三是查閱其他資料，并根據(jù)一些常識性信息，考慮低頻率執(zhí)行的任務(wù)情況。在這一步驟中可以得到硬件可靠性剖面中的任務(wù)剖面和軟件可靠性剖面中的系統(tǒng)任務(wù)剖面，其中系統(tǒng)任務(wù)剖面用UML用例圖表示。步驟3 :系統(tǒng)流程分析，描述流經(jīng)系統(tǒng)主要狀態(tài)遷移過程的路徑，包含以下兩個(gè)步驟首先，分析不同任務(wù)下各個(gè)任務(wù)階段對應(yīng)的大系統(tǒng)狀態(tài)，得到一個(gè)基本的大系統(tǒng)運(yùn)行流程；然后，詳細(xì)分析各個(gè)基本流程，將相應(yīng)的備選流考慮進(jìn)去。這一步可以繪制的是系統(tǒng)狀態(tài)剖面，采用UML狀態(tài)圖表示。步驟4 :核心剖面構(gòu)造，指的硬、軟件可靠性剖面的核心剖面構(gòu)造環(huán)境剖面，試驗(yàn)剖面；軟件狀態(tài)剖面，軟件操作剖面。任務(wù)剖面、系統(tǒng)任務(wù)剖面和狀態(tài)剖面均是宏觀上描述大系統(tǒng)的相關(guān)信息，本步驟則是進(jìn)一步深入，分別描述硬件應(yīng)力與軟件輸入與時(shí)間的關(guān)系。步驟4. I :環(huán)境參數(shù)確定。為了準(zhǔn)確繪制環(huán)境剖面，首先應(yīng)編制環(huán)境剖面數(shù)據(jù)表，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于任務(wù)剖面，部分?jǐn)?shù)據(jù)則根據(jù)任務(wù)剖面提供的數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)GJB899A-2009附錄B規(guī)定的方法計(jì)算得出。步驟4.2 :環(huán)境剖面簡化，得到試驗(yàn)剖面。為體現(xiàn)硬件可靠性剖面的典型特性，按照標(biāo)準(zhǔn)GJB899A-2009的附錄B中規(guī)定的原則對環(huán)境剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化，根據(jù)簡化后的環(huán)境剖面數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)剖面。類似環(huán)境剖面，試驗(yàn)剖面在繪制之前也有相應(yīng)的試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表，試驗(yàn)剖面則是按照填寫的試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表進(jìn)行繪制，描述某一任務(wù)剖面對應(yīng)的被測系統(tǒng)典型環(huán)境條件。步驟4. 3 :流程對應(yīng)。首先分析軟件需求，對被測軟件功能有一定的了解，然后根據(jù)相關(guān)文檔分析被測軟件可能有的所有狀態(tài)，將其與大系統(tǒng)狀態(tài)(即大系統(tǒng)任務(wù)階段)對應(yīng)。通常一個(gè)大系統(tǒng)狀態(tài)對應(yīng)被測軟件的一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)，可以填寫一個(gè)流程對應(yīng)表，最后分析得到被測軟件的狀態(tài)遷移過程，即軟件狀態(tài)剖面，采用UML狀態(tài)圖表示。步驟4. 4 :數(shù)據(jù)交互分析。這一步驟是在流程對應(yīng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析被測軟件 與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互情況，了解數(shù)據(jù)層的變化情況。數(shù)據(jù)交互分析就是先將軟件輸入數(shù)據(jù)分類，然后綜合軟件狀態(tài)剖面來描述這些輸入數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間的分布情況，得到軟件操作剖面，采用UML時(shí)序圖和類圖表示。步驟5 :概率信息確定，確定兩類概率信息大系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行概率；被測軟件場景狀態(tài)圖中各狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生概率。第一類概率信息一般可以從以下幾方面渠道獲得分析類似大系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)情況，統(tǒng)計(jì)信息得到；查閱相關(guān)資料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析判斷得到；與被測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方溝通協(xié)商得到。這類信息首先可用于按照附錄B將各個(gè)大系統(tǒng)任務(wù)下的試驗(yàn)剖面合成，得到一個(gè)合成試驗(yàn)剖面。各狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生概率與任務(wù)執(zhí)行概率一樣，也是頻率的估計(jì)值，可根據(jù)相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)自行判斷出一個(gè)大概的值，再與開發(fā)方進(jìn)行協(xié)商。進(jìn)行軟件測試場景抽取時(shí)，首先應(yīng)該根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行概率隨機(jī)抽取大系統(tǒng)任務(wù)，接著在所抽取的大系統(tǒng)任務(wù)下，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率抽取具體的場景流程。所以各個(gè)場景抽取概率應(yīng)等于從任務(wù)到具體流程進(jìn)行每一次概率抽取的所有概率乘積。步驟6 :軟硬件可靠性剖面結(jié)合，是指將構(gòu)造的軟硬件可靠性剖面按照規(guī)則進(jìn)行切片組合，具體介紹如下步驟6. I :將硬件可靠性剖面的合成試驗(yàn)剖面與各個(gè)大系統(tǒng)任務(wù)的環(huán)境剖面進(jìn)行對比，確定合成試驗(yàn)剖面中所含大系統(tǒng)的任務(wù)階段，然后將合成試驗(yàn)剖面按照任務(wù)階段不同切為多個(gè)切片，并將硬件可靠性剖面的切片分開描述出來；步驟6. 2 :按照時(shí)間順序選取切片，確定當(dāng)前切片處于大系統(tǒng)哪一個(gè)任務(wù)階段，接著在軟件可靠性剖面中找到含有該任務(wù)階段的所有測試場景，并確定各測試場景的抽取概
率信息；步驟6. 3 :分析步驟6. 2中找到的當(dāng)前切片對應(yīng)的軟件可靠性剖面中的所有測試場景在該任務(wù)階段的軟件輸入數(shù)據(jù)情況，即確定軟件可靠性剖面切片。本發(fā)明方法中設(shè)定軟件可靠性剖面中各個(gè)任務(wù)下的相應(yīng)任務(wù)階段持續(xù)時(shí)間與對應(yīng)的硬件可靠性剖面的切片中的持續(xù)時(shí)間一致。步驟6. 4 :將當(dāng)前切片與步驟6. 3得到的軟件剖面切片結(jié)合起來，概率分布情況則是根據(jù)步驟6. 2來獲得。步驟6. 5 :重復(fù)步驟6. 2至步驟6. 4，直至所有硬件可靠性剖面的合成試驗(yàn)剖面均已與軟件可靠性剖面切片對應(yīng)完畢。由這一子步驟6. 5所得到的所有切片的組合就是綜合試驗(yàn)剖面中軟硬件可靠性剖面的結(jié)合部分。為了使軟硬件可靠性剖面結(jié)合的描述顯得更加直觀，本發(fā)明采用與硬件可靠性剖面類似的方法來進(jìn)行描述，具體見下面實(shí)例，如圖9所示。
通過這六大步驟得到的綜合試驗(yàn)剖面主要適用于系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)，它更加真實(shí)的反應(yīng)了系統(tǒng)使用情況，描述了在整個(gè)系統(tǒng)使用過程中，硬件所受環(huán)境應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況以及與此同時(shí)軟件輸入隨時(shí)間的激勵情況。該綜合試驗(yàn)剖面不僅在可靠性試驗(yàn)前用于可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成，還可以用于可靠性試驗(yàn)后對系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析和評估。下面列舉實(shí)例來說明本發(fā)明綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法的可行性和有效性。以某型飛機(jī)發(fā)動機(jī)數(shù)控制系統(tǒng)的電子控制器作為實(shí)例，數(shù)控軟件是該數(shù)控系統(tǒng)的核心，運(yùn)行在嵌入式電子控制器中。數(shù)控系統(tǒng)通過數(shù)控軟件完成先進(jìn)的、復(fù)雜的控制規(guī)律的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的控制。對于實(shí)例研究中的某些運(yùn)行過程及參數(shù)，在此進(jìn)行了簡化處理，具體構(gòu)造過程如下 A.系統(tǒng)分析通過系統(tǒng)分析，可以對被測系統(tǒng)和被測軟件有一個(gè)宏觀的了解，相關(guān)信息確定如下I)被測系統(tǒng)被測系統(tǒng)指的是被測軟件所在的能夠完成軟件任務(wù)需求的最小嵌入式單元，所以數(shù)控軟件的載體電子控制器為實(shí)例中的被測系統(tǒng)，數(shù)控軟件為被測軟件。2)大系統(tǒng)電子控制器的控制對象為發(fā)動機(jī)，而發(fā)動機(jī)的運(yùn)行情況又與飛機(jī)息息相關(guān)，因此大系統(tǒng)為飛機(jī)系統(tǒng)。3)交聯(lián)系統(tǒng)是指與被測系統(tǒng)進(jìn)行交互的系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施例中與電子控制器進(jìn)行交互的主要為控制用傳感器以及監(jiān)視系統(tǒng)，因此交聯(lián)系統(tǒng)為控制用傳感器及監(jiān)視系統(tǒng)。4)用戶對于飛機(jī)而言，主要用戶有飛行員和地勤人員，因此與被測系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)交互的用戶也是飛行員和地勤人員。B.系統(tǒng)任務(wù)分析通過閱讀相關(guān)資料，可以知道飛機(jī)典型的飛行任務(wù)包括飛行訓(xùn)練、空投和卸貨三種。其中飛行訓(xùn)練任務(wù)的任務(wù)剖面如表I所示，該剖面即為被測系統(tǒng)硬件可靠性剖面的一個(gè)任務(wù)剖面。表I飛機(jī)飛行訓(xùn)練任務(wù)的任務(wù)剖面
權(quán)利要求
1.一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，其特征在于，具體包括如下步驟 步驟I:系統(tǒng)分析，明確綜合試驗(yàn)剖面中的描述對象，描述對象包含被測系統(tǒng)、被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)、交聯(lián)系統(tǒng)以及用戶；所述的被測系統(tǒng)是指被測軟件所在的能夠完成軟件任務(wù)需求的最小嵌入式單元； 步驟2 :對被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的任務(wù)分析，繪制硬件可靠性剖面中的任務(wù)剖面以及軟件可靠性剖面中的系統(tǒng)任務(wù)剖面，所述的任務(wù)剖面以及系統(tǒng)任務(wù)剖面描述的是被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的任務(wù)信息； 步驟3 :系統(tǒng)流程分析，描述流經(jīng)系統(tǒng)主要狀態(tài)遷移過程的路徑，從大系統(tǒng)初始狀態(tài)開始到系統(tǒng)終止?fàn)顟B(tài)結(jié)束，遍歷其中所有基本流程和備選流程，在該步驟中繪制軟件可靠性剖面中的系統(tǒng)狀態(tài)剖面； 步驟4 :核心剖面構(gòu)造，核心剖面包括硬件可靠性剖面的環(huán)境剖面和試驗(yàn)剖面，以及軟件可靠性剖面的軟件狀態(tài)剖面和軟件操作剖面；具體步驟4包括下面四個(gè)步驟 步驟4. I :確定環(huán)境剖面中的環(huán)境參數(shù)，根據(jù)環(huán)境剖面數(shù)據(jù)表繪制環(huán)境剖面；所述的環(huán)境參數(shù)包括溫度、振動、溫度和輸入電壓以及它們相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間； 步驟4. 2 :對環(huán)境剖面數(shù)據(jù)表進(jìn)行簡化，得到試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表，根據(jù)試驗(yàn)剖面數(shù)據(jù)表繪制試驗(yàn)剖面； 步驟4. 3 :首先，分析被測軟件的所有狀態(tài)，將被測軟件的狀態(tài)與被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的狀態(tài)對應(yīng)，然后繪制軟件狀態(tài)剖面，用于描述被測軟件的狀態(tài)遷移過程；一個(gè)被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)以上被測軟件的狀態(tài)； 步驟4. 4 :數(shù)據(jù)交互分析，先將被測軟件的輸入數(shù)據(jù)分類，然后綜合軟件狀態(tài)剖面來描述輸入數(shù)據(jù)關(guān)于時(shí)間的分布情況，得到軟件操作剖面； 步驟5 :首先，確定兩類概率信息第一類是被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)任務(wù)的執(zhí)行概率，第二類是被測軟件場景狀態(tài)圖中各狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生概率；然后，根據(jù)第一類概率信息，將各個(gè)大系統(tǒng)任務(wù)下的試驗(yàn)剖面合成，得到一個(gè)合成試驗(yàn)剖面；最后，綜合兩類概率信息，得到軟件可靠性剖面中各個(gè)測試場景的抽取概率，所述的測試場景的抽取概率等于從被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)任務(wù)到具體場景流程進(jìn)行每一次概率抽取的所有概率乘積； 步驟6 :軟硬件可靠性剖面結(jié)合，具體是按照任務(wù)階段對硬件可靠性剖面的合成試驗(yàn)剖面進(jìn)行切片，然后順序選取切片，針對每個(gè)切片，找到該切片所處的任務(wù)階段的所有測試場景，得到所找到的測試場景對應(yīng)的軟件可靠性剖面切片，將硬件可靠性剖面的切片與相應(yīng)的軟件可靠性剖面切片結(jié)合起來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，其特征在于，所述的步驟6具體包括如下步驟 步驟6. I :將硬件可靠性剖面中的合成試驗(yàn)剖面與各個(gè)被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)任務(wù)的環(huán)境剖面進(jìn)行對比，確定合成試驗(yàn)剖面中所含被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的任務(wù)階段，然后將合成試驗(yàn)剖面按照不同的任務(wù)階段進(jìn)行切片； 步驟6. 2 :按照時(shí)間順序選取切片，確定當(dāng)前切片處于被測系統(tǒng)所處大系統(tǒng)的哪一個(gè)任務(wù)階段，接著在軟件可靠性剖面中找到含有該任務(wù)階段的所有測試場景，并確定測試場景的抽取概率；步驟6. 3 :分析在步驟6. 2中找到的當(dāng)前切片對應(yīng)的所有測試場景在該任務(wù)階段的軟件輸入數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的軟件可靠性剖面切片；設(shè)定軟件可靠性剖面中各個(gè)任務(wù)下的相應(yīng)任務(wù)階段持續(xù)時(shí)間與對應(yīng)的硬件可靠性剖面的切片中的持續(xù)時(shí)間一致； 步驟6. 4 :將當(dāng)前切片與步驟6. 3得到的軟件剖面切片結(jié)合起來，概率分布情況根據(jù)步驟6. 2獲得；步驟6. 5 :重復(fù)步驟6. 2至步驟6. 4，直至所有合成試驗(yàn)剖面中的切片都與軟件可靠性剖面切片對應(yīng)完畢，最終所得到的所有切片的組合就是綜合試驗(yàn)剖面中軟硬件可靠性剖面的結(jié)合部分。
全文摘要
本發(fā)明針對嵌入式系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)，提出一種軟硬件結(jié)合的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，該方法包括六大步驟系統(tǒng)分析、系統(tǒng)任務(wù)分析、系統(tǒng)流程分析、核心剖面構(gòu)造、概率信息確定以及軟硬件可靠性剖面結(jié)合，構(gòu)造了硬件可靠性剖面和軟件可靠性剖面，并將這兩類剖面進(jìn)行切片，基于任務(wù)和時(shí)間兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)將切片進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)兩類剖面之間的有效結(jié)合。本發(fā)明提出的可靠性綜合試驗(yàn)剖面構(gòu)造方法，能更加真實(shí)地體現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的真實(shí)使用情況，基于該綜合試驗(yàn)剖面生成的被測嵌入式系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，更加可靠，更加適用于系統(tǒng)的可靠性測試試驗(yàn)中，能夠用于對被測嵌入式系統(tǒng)的失效分析中。
文檔編號G06F11/36GK102662841SQ20121009608
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者尚京威, 王金輝, 艾駿, 鄭峰, 鐘芳凌 申請人:北京航空航天大學(xué)