中小型嵌入式軟件的高效管理

1、中小型嵌入式軟件的高效管理隨著GJB5000A-2008軍用軟件研制能力成熟度模型在我國科 研單位的逐步應(yīng)用推廣，軟件產(chǎn)品研制過程的工程化要求越來越科學(xué) 和嚴(yán)格。因此我們在某些重點(diǎn)項(xiàng)目上進(jìn)行了GJB5000A二級的首批實(shí)踐。這次實(shí)踐有效地提高了軟件研制的工程化水平，但是同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多問題和和失誤。通過管理人員和技術(shù)人員的分析和總結(jié)， 得出 結(jié)論：GJB5000A二級的應(yīng)用需要關(guān)注的兩方面工作重點(diǎn)，一是建立 適應(yīng)于中小型嵌入式軟件的高效的項(xiàng)目管理體系，二是利用軟件測試技術(shù)提高軟件的可靠性，保證軟件的質(zhì)量。1中小型嵌入式軟件的高效管理1.1軟件研制的現(xiàn)狀在電子信息系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品中，主要包含三類軟

2、件：（1）人機(jī)交互類軟件，采集目標(biāo)狀態(tài)信息和各分系統(tǒng)狀態(tài)信息 顯示于終端圖形界面上，同時(shí)由操縱員進(jìn)行人工操作；（2）數(shù)據(jù)處理類軟件，包括數(shù)據(jù)處理、信號處理、數(shù)據(jù)融合、 數(shù)據(jù)交換等；（3）控制類軟件，包括波束控制，機(jī)械裝置控制，時(shí)序控制，系統(tǒng)校準(zhǔn)，系統(tǒng)自檢等。這三類軟件的功能模塊基本相同，包括系統(tǒng) 初始化、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)解算、時(shí)序控制、I/O通信定時(shí)管理、中 斷管理、任務(wù)問的通信/同步/互斥管理及內(nèi)存管理等。它們的研制特點(diǎn)如表1所示：賽丨.¾4tfl制警點(diǎn)艸席卅i#常町 JlJH人旳Ift 人前 Jiiil)5P, FFGACPlJ)IIlllt-IKP1 CHIt IDLTtf-i

3、elecfscom世呂反撬血+ 表1反映出三類軟件均存高實(shí)時(shí)性的嵌入式芯片或平臺(tái)上開發(fā) 和運(yùn)行，三類軟件規(guī)模較小，研制周期短，不同項(xiàng)目的軟件之間具有 重復(fù)性。在實(shí)際工作當(dāng)中，每個(gè)軟件項(xiàng)目組的人員配置上，全部軟件 研發(fā)人員人數(shù)一般不多于10人，項(xiàng)目組成員同時(shí)分擔(dān)大量的硬件研 制、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、試驗(yàn)的工作。因此我們面對的主要是中小 型軟件項(xiàng)目的嵌入式軟件。在軟件工程化的首次實(shí)踐中，軟件研制過程反映出4類共性的問 題：（1）項(xiàng)目軟件研發(fā)時(shí)間緊，人員少，人員投入度不足，人員職 責(zé)不明晰，造成部分執(zhí)行要求被人為簡化，甚至隨意取消；（2）項(xiàng)目軟件的計(jì)劃性不強(qiáng)，經(jīng)常出現(xiàn)需求、人員、資源的變 動(dòng)，造成了

4、進(jìn)度拖延，計(jì)劃無法得到保證；（3）項(xiàng)目軟件研發(fā)過程中會(huì)議和文檔較多，但利益相關(guān)方的界 定不明晰，造成不必要的“文山會(huì)海”現(xiàn)象，降低管理效率，影響軟 件設(shè)計(jì)工作；（4）管理人員和技術(shù)人員的工作過程缺乏足夠的監(jiān)管和測量分 析，造成了項(xiàng)目管理進(jìn)程缺乏統(tǒng)一性和技術(shù)可重復(fù)性。為了解決通過上述問題，我們在實(shí)踐過程中逐漸摸索和總結(jié)出一 些適合中小型嵌入式軟件研制方法。下面將從軟件項(xiàng)目管理體系和軟件項(xiàng)目研制過程兩方面進(jìn)行闡述。1.2 軟件項(xiàng)目管理體系成功的軟件取決于科學(xué)的管理體系。 GJB5000A二級的七個(gè)過程 域中，項(xiàng)目策劃(PF)、配置管理(CM、過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證(PPQA 這三個(gè)過程域是十分重要的管

5、理過程域。項(xiàng)目策劃的目的是制定和維護(hù)定義項(xiàng)目活動(dòng)的計(jì)劃，具體分為四項(xiàng)工作：(1、制定項(xiàng)目軟件研制計(jì)劃；(2) 適當(dāng)?shù)嘏c利益相關(guān)方交換意見；(3) 獲得對計(jì)劃的承諾；(4) 維護(hù)該計(jì)劃。項(xiàng)目策劃可以理解為整個(gè)軟件研制過程的劇本，其規(guī)定了“ WWWHl( When Who Where HoW Input、OutPut、六個(gè)要素，即規(guī)定時(shí)間內(nèi)安排項(xiàng)目人員及相關(guān)管理人員在一定環(huán)境下按照軟 件工程化的方法，以項(xiàng)目的早期需求或軟件研制任務(wù)書為輸入，依靠項(xiàng)目軟件經(jīng)理與所級主管領(lǐng)導(dǎo)、項(xiàng)目總師、科研開發(fā)部、質(zhì)量管理部、 設(shè)計(jì)師、同行專家經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，在需求管理、軟件生命周期、代碼 規(guī)模估計(jì)、文檔規(guī)模估計(jì)、工作量

6、估計(jì)、進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)管理、培訓(xùn)管理、 數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)管理等達(dá)成一致.輸出整個(gè)項(xiàng)目的軟件開發(fā)計(jì)劃。初期的計(jì)劃往往無法做到盡善盡美， 需求和承諾的更改，不準(zhǔn)確 的前期估計(jì)都會(huì)影響計(jì)劃的實(shí)施，導(dǎo)致項(xiàng)目計(jì)劃需要在過程中調(diào)整甚 至重新制定，因此對于研制周期較長、軟件模塊之間存在復(fù)雜依賴關(guān)系的項(xiàng)目，需要分每一階段進(jìn)行更細(xì)化的項(xiàng)目策劃配置管理緊緊依賴于軟件開發(fā)計(jì)劃，目的是利用配置標(biāo)識(shí)、配置控制、配置狀態(tài)紀(jì)文和配置審核建立和維護(hù)工作產(chǎn)品的完整性。整個(gè)軟件生命周期中，配置管理起到“數(shù)據(jù)庫”和“錄像機(jī)”的作用。首先組織級配置管理員規(guī)定三類基線：功能基線、分配基線、產(chǎn)品基 線；規(guī)定三類文件存儲(chǔ)庫：開發(fā)庫、受控庫、產(chǎn)品庫

7、 然后項(xiàng)目級配 置管理員規(guī)定基線下的工作產(chǎn)品，如技術(shù)文檔、軟件源代碼及可執(zhí)行 程序、評審報(bào)告等，根據(jù)軟件研制階段不同分別放置于對應(yīng)基線下的 庫中。組織級和項(xiàng)目級配置管理員進(jìn)行合理計(jì)劃， 輸出配置管理計(jì)劃。配置管理工作不能誤認(rèn)為僅僅是檔案工作， 作為組織級項(xiàng)目配置 管理員，其職責(zé)為：（1）定制標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)流程；（2）定制訪問控制、變更控制的條例；（3）監(jiān)督配置管理事件并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的對策；（4）軟件配置管理工具的日常管理與維護(hù)。作為項(xiàng)目級配置管理員，其職責(zé)為：（1）提交配置管理汁劃；（2）各配置項(xiàng)的管理與維護(hù)：（3）執(zhí)行版本控制和變更控制方案；（4）完成配置管理階段工作報(bào)告。過程與產(chǎn)品質(zhì)量保證是從制

8、度和規(guī)范上嚴(yán)格保證了軟件工程化 的實(shí)施。質(zhì)量管理人員應(yīng)該具備軟件研制開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，熟悉各種軟件 的研制流程。首先建立對研制過程、工作產(chǎn)品的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；其次通過 檢查標(biāo)識(shí)并文檔化不符合項(xiàng)，追蹤不符合項(xiàng)的閉環(huán)；然后定期將軟件 研制過程的質(zhì)量情況通報(bào)整個(gè)項(xiàng)目組和高層，并做出階段總結(jié)報(bào)告。項(xiàng)目軟件經(jīng)理、組織級/項(xiàng)目級配置管理員、 質(zhì)量保證人員三者 應(yīng)該及時(shí)溝通，從不同的角度管理軟件研制項(xiàng)目組成員， 包括相互之 間的監(jiān)督，促使軟件研制過程嚴(yán)格按照 GJB5000A二級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。他 們也需要按階段或定期向項(xiàng)目總師、部門領(lǐng)導(dǎo)以及所領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)軟件工 程化的實(shí)施情況以獲得上級對項(xiàng)目的支持。1.3 軟件項(xiàng)目研制過程項(xiàng)目

9、策劃和配置管理雖然已經(jīng)定義了流程化或模板式的操作方 法，但大部分項(xiàng)目軟件人員會(huì)犯“先做事，后補(bǔ)文檔”的錯(cuò)誤。因?yàn)?對于總師、分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師等項(xiàng)目組技術(shù)人員來說，他們更關(guān) 注如何能夠促進(jìn)軟件研制過程又好又快的進(jìn)行。 為了這個(gè)目的，必須 重視需求管理（REQ）項(xiàng)目監(jiān)控（PM）測量與分析（MA這三個(gè) 工程過程域。下面以一個(gè)瀑布模型的軟件研制過程為例說明如何進(jìn)行過程中的監(jiān)控。項(xiàng)目監(jiān)控從圖1中的軟件需求分析階段開始直至項(xiàng)目結(jié)束。 項(xiàng)目 監(jiān)控過程中，設(shè)計(jì)師和管理人員需要提供個(gè)人工作周報(bào)， 記錄自己實(shí) 際的工作完成情況；在雙周或整月時(shí)，項(xiàng)目軟件經(jīng)理組織項(xiàng)目組成員 交流項(xiàng)目情況并記錄；階段結(jié)束后，組織針

10、對階段工作產(chǎn)品的評審會(huì)， 然后輸出里程碑報(bào)告。管理人員對照軟件開發(fā)計(jì)劃中的進(jìn)度計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃、數(shù)據(jù)管理計(jì)劃、利益相關(guān)方參與計(jì)劃等文檔監(jiān)控進(jìn)度l 'l'ff l 丁7II'TiiL-偏差、工作量偏差、規(guī)模偏差、風(fēng)險(xiǎn)變化、培訓(xùn)情況、評審狀況、問 題數(shù)量和回歸狀況。一旦出現(xiàn)偏差加大的趨勢，就需要及時(shí)開會(huì)交流, 查明原因，迅速糾偏。* 軼件編碼賓堆4Ifi I 9Aclh * » « 婕皮測量與分析更加詳細(xì)地規(guī)定了對于能夠證明過程的文檔的采集 和存儲(chǔ)方法，而且需要對采集數(shù)據(jù)匯總后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將分析結(jié)果, 如偏差、趨勢、錯(cuò)誤數(shù)目等展示給項(xiàng)目組成員和高層領(lǐng)

11、導(dǎo)，由他們進(jìn) 行項(xiàng)目開發(fā)的決策。項(xiàng)目監(jiān)控是手段，測量與分析為輔助，需求管理則是最終目的。 結(jié)合圖1,需求在整個(gè)軟件研制周期內(nèi)不可能是一成不變的，是逐步 細(xì)化的。用戶需求是第一步，隨后軟件研制任務(wù)書將用戶需求工程化， 需求規(guī)格說明對任務(wù)書的需求細(xì)化，設(shè)計(jì)說明對需求規(guī)格說明的需求 細(xì)化，軟件源代碼將設(shè)計(jì)說明對應(yīng)到代碼。單元測試、集成測試、系 統(tǒng)測試是對細(xì)化后的需求進(jìn)行回歸。根據(jù) GJB438B-2009中的軟件 需求規(guī)格說明模板，需求包括 10類技術(shù)需求和4類非技術(shù)需求。 非技術(shù)類需求一般可以得到客觀保證， 因此不會(huì)出現(xiàn)大的變動(dòng)，可以 暫不納入需求跟蹤矩陣。技術(shù)需求由于項(xiàng)目研制情況會(huì)出現(xiàn)變化， 需

12、 要納入需求跟蹤矩陣進(jìn)行管理，確保軟件工作產(chǎn)品的需求能夠進(jìn)行雙 向追溯。一旦需求變更狀況時(shí)，及時(shí)記錄并且上報(bào)整個(gè)項(xiàng)目組，獲得 項(xiàng)目組的一致認(rèn)可。1.4 項(xiàng)目管理信息化手段的應(yīng)用工欲善其事，必先利其器。軟件工程化管理主要通過文檔來反映 過程。如果通過傳統(tǒng)的人工撰寫文檔和凡事開會(huì)溝通的方式進(jìn)行軟件 項(xiàng)目管理的話，將會(huì)大大增加管理人員和設(shè)計(jì)師人員的工作量，況且這種方式的效率是十分低下的。因此有必要應(yīng)用先進(jìn)的項(xiàng)目管理信息 化工具。目前，關(guān)鍵科技公司推出專門針對 GJB5000A二級軟件工程化產(chǎn) 品的解決方案，包括 KPFLoWKRFLoWKCFLOWH KTFLoWS類工具：（1）KPFLOW對軟件項(xiàng)

13、目的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、資源等情況進(jìn) 行集成管理的平臺(tái)。其主要功能包括：任務(wù)分配與跟蹤、項(xiàng)目估計(jì)、 項(xiàng)目周報(bào)和個(gè)人周報(bào)記錄、問題與風(fēng)險(xiǎn)管理、項(xiàng)目度量分析。該平臺(tái) 支持系統(tǒng)建模，即意味著可以針對不同項(xiàng)目設(shè)計(jì)對應(yīng)的模板和模塊。 該平臺(tái)主要體現(xiàn)PP（項(xiàng)目策劃）、PM（C項(xiàng)目監(jiān)控）、MA（測量與分析） 和PPOAra個(gè)過程域的信息化管理；（2）KRFLOW需求管理工具，其主要功能包括：需求的獲取和 編輯、需求跟蹤和分析、變更建議系統(tǒng)、基線管理。該軟件主要實(shí)現(xiàn) REQM需求管理）過程域的信息化管理工作；（3）KCFLOW確保軟件項(xiàng)目生存周期內(nèi)產(chǎn)品的完整性、一致性和可追溯性。其主要功能包括：配置計(jì)劃管理、變

14、更控制、版本管理、 產(chǎn)品依賴關(guān)系和一致性管理、軟件問題跟蹤管理、軟件配置狀態(tài)審計(jì)。 該軟件實(shí)現(xiàn)了 CM (配置管理)過程域的信息化管理，同時(shí)也可以管 理REQM口 PPQ/兩個(gè)過程域；(4) KTFLoWV測試過程的管理軟件，其主要功能包括：梳理測 試需求、制定測試計(jì)劃、設(shè)計(jì)測試用例、執(zhí)行測試過程、輸出測試報(bào) 告。該軟件幫助測試人員在短時(shí)間內(nèi)、 大批量的完成多個(gè)項(xiàng)目的軟件 測試。這四類工具有兩個(gè)特色：一是它們相互之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)， 幫助管理人員從不同角度監(jiān)督研制過程；二是工具支持文檔自動(dòng)生成, 項(xiàng)目組人員只需要按照GJB438B模板，填寫部分軟件研制過程的信息， 即可輸出標(biāo)準(zhǔn)化的文檔。盡管

15、具有功能強(qiáng)大的工具，但是在初期實(shí)踐階段，由于工具普及 的程度參差不一，我們先使用 KCFLOMffi置管理工具，先由組織級配 置管理員負(fù)責(zé)使用，然后逐步對項(xiàng)目級配置管理員以及項(xiàng)目相關(guān)成員 進(jìn)行推廣。在這個(gè)過程中，項(xiàng)目組成員需要不斷的實(shí)踐，逐步提高勞 動(dòng)效率。2嵌入式軟件可靠性的提高2.1軟件可靠性軟件工程化的核心是為了實(shí)現(xiàn)好的軟件， 而評價(jià)軟件好壞的關(guān)鍵 標(biāo)準(zhǔn)是軟件可靠性。軟件可靠性(SoftWare Reliability )指的是在 給定時(shí)間和特定環(huán)境要求下，軟件完成規(guī)定功能的能力。針對在雷達(dá) 系統(tǒng)中使用的嵌入式軟件中，可靠性指標(biāo)一般隸屬于分系統(tǒng)或整機(jī)的 指標(biāo)，即在初始系統(tǒng)正常的條件下，在

16、規(guī)定時(shí)間內(nèi)，軟件不引起系統(tǒng) 故障的能力。由于嵌入式軟件與硬件結(jié)合相當(dāng)緊密，其可靠性指標(biāo)具有很大的 隨機(jī)性，如外界環(huán)境變化、系統(tǒng)輸入出錯(cuò)、使用不當(dāng)以及軟硬件設(shè)計(jì) 的固有缺陷等原因都會(huì)導(dǎo)致軟件可靠性指標(biāo)降低，但是不能因?yàn)檫@些 困難，使得嵌入式軟件可靠性的保證成為空談。 軟件可靠性是可以通 過軟件工程化的實(shí)踐來提高。1.12.2靠性的提高嚴(yán)格進(jìn)行軟件工程化管理是提高軟件可靠性的必經(jīng)之路。按照軟 件工程化要求，需要做好如下五方面工作：（1）前期項(xiàng)目組針對軟件進(jìn)行充分的論證和分析，爭取將軟件 需求明確體現(xiàn)在軟件研制任務(wù)書中；（2）設(shè)計(jì)過程中，盡量提高軟件模塊或單元的高內(nèi)聚性、低耦 合性。單元之間的接口盡

17、量明晰，整個(gè)系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度不易過高， 該拆分的就需要合理拆分為多個(gè)組成部分；（3）加強(qiáng)軟件文檔的健全性和準(zhǔn)確性，按照 GJB438B-2009武 器系統(tǒng)軟件開發(fā)文檔的要求，軟件研制過程中的文檔不能有缺失、 描述不清、前后矛盾等情況出現(xiàn)。這些文檔必須經(jīng)過專業(yè)人士的評審 認(rèn)可，并且問題回歸后才能進(jìn)行歸檔；(4) 逐步建立軟件標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括文檔標(biāo)準(zhǔn)化和代碼模塊標(biāo) 準(zhǔn)化，這樣可以有利的縮短研制周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，提高軟件產(chǎn)品 的重用率；(5) 切實(shí)加強(qiáng)嵌入式軟件的測試工作。3.測試3.1軟件測試的重要性盡管軟件工程化管理工作對軟件質(zhì)量的保證起到至關(guān)重要的作 用，但是技術(shù)人員依然心存質(zhì)疑，是否好的管

18、理就能夠確保高可靠性 的軟件。答案就在于軟件測試。軟件測試是將軟件可靠性指標(biāo)具體化 的手段。從廣義上講，軟件測試是為了盡快盡早地、不斷地發(fā)現(xiàn)各種 軟件缺陷而開展的對軟件及過程產(chǎn)品的驗(yàn)證和確認(rèn)活動(dòng)。從狹義上講,軟件測試包括4類測試：(1) 針對軟件源代碼的靜態(tài)測試和代碼審查，確保軟件源碼符 合GJB5369航天型號C語言安全子集或其他開發(fā)語言標(biāo)準(zhǔn)的要求；(2) 針對軟件設(shè)計(jì)說明對應(yīng)的軟件模塊的單元測試和動(dòng)態(tài) 測試，確保軟件模塊的代碼覆蓋率達(dá)到 100%;(3) 針對需求規(guī)格說明對應(yīng)的軟件功能性能的集成測試， 確保軟件功能、性能、外部和內(nèi)部接口等符合要求；(4) 針對軟件研制任務(wù)書對應(yīng)的軟件需求的系統(tǒng)測試或驗(yàn) 收測試，確保軟硬件各項(xiàng)指標(biāo)符合用戶的驗(yàn)收要求。在這個(gè)測試過程中，測試問題及問題數(shù)目、測試問題的歸零情況、 測試問題中文檔問題和軟件問題的比例、 階段測試的缺陷率、軟件故障等級、軟件失效概率等度量數(shù)據(jù)可以直觀地反映出軟件的可靠性狀 況。因此軟件測試工作對于軟件研制起到關(guān)鍵的保障作用。1.13. 2軟件測試工具的應(yīng)用軟件測試是一項(xiàng)有難度的專業(yè)技術(shù)工作，除了人工代碼走查、問 題記錄分析工作之外，大部分工作需要專業(yè)的軟件測試工具完成。英國LDRA公司的LDRAreStbed測試軟件是目前針對嵌入式軟件 測試最有效的工具之一。該軟件主要可以實(shí)現(xiàn)代碼評審、質(zhì)