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.
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.
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.