eng
Выпуск #9/2018
Гусев Егор Владимирович, Стефанцов Алексей Вячеславович
Технология разработки надежного программного обеспечения
Технология разработки надежного программного обеспечения
Просмотры: 755
В статье рассматривается технология разработки надежного бортового программного обеспечения, включающая технологический маршрут и программно-аппаратные средства отладки и испытаний. Предлагаемая технология позволяет выполнять разработку бортового программного обеспечения параллельно с разработкой аппаратуры, выполнять тестирование и испытания для достижения необходимой полноты отработки.
УДК 004.415.2
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.167.168
УДК 004.415.2
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.167.168
Теги: development technology on-board software reliability бортовое программное обеспечение надежность технология разработки
Надежность бортового программного обеспечения (БПО) определяется полнотой его тестирования. В условиях высокой сложности и сжатых сроков разработки специализированных бортовых вычислительных машин (БВМ) особое внимание уделяется технологии и инструментальным средствам отладки и тестирования БПО.
При использовании существующих инструментальных средств разработчики БПО сталкиваются с рядом существенных проблем:
невозможность полноценной отладки БПО до появления реальной аппаратуры БВМ;
сложность оценки правильности аппаратных решений до появления БВМ и БПО;
сложность исправления ошибок БВМ и БПО на поздних этапах разработки;
сложность отладки БПО в условиях наличия ошибок и неисправностей БВМ на начальных этапах;
необходимость включения нештатного «резидента» для реализации отладочных функций, что существенно изменяет временные характеристики отлаживаемого БПО;
ограниченные средства отладки многопроцессорных БВМ;
отсутствие интегрированных средств отладки БПО и моделирования внешней среды; отсутствие средств автоматизации тестирования и испытаний БПО совместно с БВМ.
В АО «НИИ «Субмикрон» создана технология, решающая данные проблемы и позволяющая достичь необходимой полноты отработки БПО. В основу технологии положены следующие принципы:
параллельность разработки аппаратуры БВМ и БПО с взаимной проверкой исходных спецификаций;
разбиение процедуры отладки и тестирования БПО на этапы и обеспечение каждого из них необходимыми аппаратно-программными средствами;
отработка на всех этапах только штатного БПО.
Для разработки и отладки БПО предлагаются следующие программно-аппаратные технологические средства:
технологическая среда разработки программ (ТСРП) — кросс-система, предназначенная для опережающей (до появления реальной аппаратуры БВМ) разработки и отладки БПО на виртуальном прототипе БВМ;
наземные отладочные комплексы (НОК) — комплексы для отладки и тестирования БПО на макетном, технологическом и штатном образцах БВМ.
Начальный этап разработки БПО выполняется в ТСРП на эмуляторе БВМ, который представляет собой программную модель БВМ (процессор, память, функциональные узлы и т. д.). Программный эмулятор БВМ разрабатывается по функциональным описаниям до появления реальной аппаратуры. Основные преимущества ТСРП:
появляется задолго до появления БВМ;
низкие аппаратные требования, можно установить на любой персональный компьютер, что особенно важно при работе в условиях ограниченного машинного времени;
отработка на виртуальном прототипе БВМ позволяет глубоко отладить БПО и получить достаточно точную оценку времени работы программ;
возможность на ранних этапах вносить уточнения в документацию и при необходимости в сам проект функциональных узлов БВМ;
возможность подключения программных моделей внешних устройств.
При появлении реальной аппаратуры БВМ отладка БПО выполняется на НОК. Для реализации отладочных функций в аппаратуре БВМ и НОК заложены следующие возможности:
инструментальный отладочный канал с прямым доступом в память и к регистрам процессора, который позволяет эффективно выполнять отладку, тестирование БПО, имитировать аппаратные неисправности БВМ;
синхронный пуск и останов процессоров и всех таймеров БВМ при отладке многопроцессорных БВМ при срабатывании точки останова и по команде оператора;
подключение программно-аппаратных моделей внешних устройств.
Ключевые особенности технологических средств АО «НИИ «Субмикрон», обеспечивающие непрерывный итеративный цикл отработки БПО:
отработка только штатного БПО на ТСРП и НОК;
динамически подключаемые библиотеки моделей внешних устройств позволяют имитировать поведение (в том числе неисправности) внешней среды на протяжении длительного времени;
одни и те же модели внешних устройств могут быть подключены к ТСРП или НОК;
состояние БВМ и БПО в процессе испытаний может быть сохранено и восстановлено для продолжения на ТСРП или НОК;
тесты, разработанные в ТСРП, переносятся на НОК без каких-либо изменений;
все результаты тестирования и испытаний протоколируются и могут быть сохранены в файл;
единая интегрированная графическая среда на ТСРП и НОК;
Си-подобный интерпретируемый язык командных файлов позволяет ускорить процесс отладки и автоматизировать процесс тестирования и формирования тестовых отчетов.
Предлагаемая технология успешно применяется для разработки общего и специального программного обеспечения заказчика всех БВМ, проектируемых в АО «НИИ «Субмикрон».
ЛИТЕРАТУРА
1. Микрин Е. А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. — М.: МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2003. — 336 c.
2. Липаев В. В. Надежность и функциональная безопасность комплексов программ реального времени. — М.: ЗАО «Светлица», 2013. — 192 c.
При использовании существующих инструментальных средств разработчики БПО сталкиваются с рядом существенных проблем:
невозможность полноценной отладки БПО до появления реальной аппаратуры БВМ;
сложность оценки правильности аппаратных решений до появления БВМ и БПО;
сложность исправления ошибок БВМ и БПО на поздних этапах разработки;
сложность отладки БПО в условиях наличия ошибок и неисправностей БВМ на начальных этапах;
необходимость включения нештатного «резидента» для реализации отладочных функций, что существенно изменяет временные характеристики отлаживаемого БПО;
ограниченные средства отладки многопроцессорных БВМ;
отсутствие интегрированных средств отладки БПО и моделирования внешней среды; отсутствие средств автоматизации тестирования и испытаний БПО совместно с БВМ.
В АО «НИИ «Субмикрон» создана технология, решающая данные проблемы и позволяющая достичь необходимой полноты отработки БПО. В основу технологии положены следующие принципы:
параллельность разработки аппаратуры БВМ и БПО с взаимной проверкой исходных спецификаций;
разбиение процедуры отладки и тестирования БПО на этапы и обеспечение каждого из них необходимыми аппаратно-программными средствами;
отработка на всех этапах только штатного БПО.
Для разработки и отладки БПО предлагаются следующие программно-аппаратные технологические средства:
технологическая среда разработки программ (ТСРП) — кросс-система, предназначенная для опережающей (до появления реальной аппаратуры БВМ) разработки и отладки БПО на виртуальном прототипе БВМ;
наземные отладочные комплексы (НОК) — комплексы для отладки и тестирования БПО на макетном, технологическом и штатном образцах БВМ.
Начальный этап разработки БПО выполняется в ТСРП на эмуляторе БВМ, который представляет собой программную модель БВМ (процессор, память, функциональные узлы и т. д.). Программный эмулятор БВМ разрабатывается по функциональным описаниям до появления реальной аппаратуры. Основные преимущества ТСРП:
появляется задолго до появления БВМ;
низкие аппаратные требования, можно установить на любой персональный компьютер, что особенно важно при работе в условиях ограниченного машинного времени;
отработка на виртуальном прототипе БВМ позволяет глубоко отладить БПО и получить достаточно точную оценку времени работы программ;
возможность на ранних этапах вносить уточнения в документацию и при необходимости в сам проект функциональных узлов БВМ;
возможность подключения программных моделей внешних устройств.
При появлении реальной аппаратуры БВМ отладка БПО выполняется на НОК. Для реализации отладочных функций в аппаратуре БВМ и НОК заложены следующие возможности:
инструментальный отладочный канал с прямым доступом в память и к регистрам процессора, который позволяет эффективно выполнять отладку, тестирование БПО, имитировать аппаратные неисправности БВМ;
синхронный пуск и останов процессоров и всех таймеров БВМ при отладке многопроцессорных БВМ при срабатывании точки останова и по команде оператора;
подключение программно-аппаратных моделей внешних устройств.
Ключевые особенности технологических средств АО «НИИ «Субмикрон», обеспечивающие непрерывный итеративный цикл отработки БПО:
отработка только штатного БПО на ТСРП и НОК;
динамически подключаемые библиотеки моделей внешних устройств позволяют имитировать поведение (в том числе неисправности) внешней среды на протяжении длительного времени;
одни и те же модели внешних устройств могут быть подключены к ТСРП или НОК;
состояние БВМ и БПО в процессе испытаний может быть сохранено и восстановлено для продолжения на ТСРП или НОК;
тесты, разработанные в ТСРП, переносятся на НОК без каких-либо изменений;
все результаты тестирования и испытаний протоколируются и могут быть сохранены в файл;
единая интегрированная графическая среда на ТСРП и НОК;
Си-подобный интерпретируемый язык командных файлов позволяет ускорить процесс отладки и автоматизировать процесс тестирования и формирования тестовых отчетов.
Предлагаемая технология успешно применяется для разработки общего и специального программного обеспечения заказчика всех БВМ, проектируемых в АО «НИИ «Субмикрон».
ЛИТЕРАТУРА
1. Микрин Е. А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. — М.: МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2003. — 336 c.
2. Липаев В. В. Надежность и функциональная безопасность комплексов программ реального времени. — М.: ЗАО «Светлица», 2013. — 192 c.
Отзывы читателей
