符合ISO 26262標準的模型驗證技術

HirainTeco發表於2020-05-21
模型
        2020年，疫情影響著我們每個人的生活。
        這一年，終將被歷史記住。
        這一年，每個人戴上防護口罩，保護自己和家國。
        這一年，很多人參與線上學習，get新技能為工作加油。
        這一年，蠻多人關注汽車ISO26262，堅定踐行道路安全衛士。
        汽車行業，越來越多企業取得了ISO26262流程認證、產品認證。隨著軟體功能比重加大，符合ISO26262標準的軟體開發過程，藉助MBD技術構建模型，軟體的驗證當然也要考慮模型的靜態驗證（基於模型的規範檢查）、模型的動態驗證（基於模型的動態測試）。
        這一篇，我們介紹下，符合ISO26262標準軟體要求，採用MBD開發方式，如何進行模型的驗證，如何做好軟體的“防護服”或“防護口罩”，進而提升軟體安全性。與大家分享結合模型形式的ISO 26262軟體驗證要求、驗證流程及實踐。
軟體驗證“口罩防護”，功能安全“綠碼通行”

ISO 26262 軟體驗證要求

軟體開發啟動階段建模指南要求
——摘自ISO 26262-6:2018，Table1
•  1a執行低複雜性：透過多個度量指標，來度量模型的複雜性，比如：
    ♦  Number of subsystems（子系統個數）
    ♦  Number of blocks（模組個數）
    ♦  Number of linked library（連結庫的個數）
    ♦  Number of charts（Chart個數）
    ♦  Number of all objects in the chart（Chart中物件個數）
    ♦  Number of states（狀態個數）
    ♦  Number of transitions（轉移個數）
    ♦  Number of MATLAB function（ML函式個數）
    ♦  Number of stateflow code lines（SF程式碼行數）
    ♦  Effective lines of MATLAB function code metric（ML程式碼有效行數）
    ♦  Subsystem depth（子系統深度）
    ♦  Data and structure layer separation（資料和結構分層）
    ♦  Cyclomatic Complexity (Local, Global)（圈複雜度）
        其中，圈複雜度是備受企業關注的模型度量指標，它表徵著模型中獨立路徑的個數。該指標的閾值約束，能夠指導模型最佳化，有利於降低模型的負載率。
•  1b使用語言子集、1c使用強資料型別、併發（2018版新增）等其他要求，

ISO 26262 軟體驗證流程

        軟體驗證分為靜態驗證、動態驗證2個方面，我們重點來看看如何對模型進行靜態驗證、動態驗證。
•   模型靜態驗證，概要理解為模型規範檢查。
    ♦  模型靜態驗證要求：
靜態驗證方法
——摘自ISO 26262-6:2018，Table7
        1b結對程式設計（2018版新增），可以透過2人組合方式火花碰撞解決潛在問題。
        1d半形式驗證，透過語法分析，藉助自動化工具，快速進行模型規範檢查，修改。
    ♦  模型靜態驗證工作流程：
Step1：定建模規範集合，藉助企業經驗/行業標準規範/第三方推薦，定製出符合專案/產品要求的建模規範。行業標準規範，比如MAAB/HIS/MISAR_AC_SLSF等。
Step2：搭建建模規範自動化工具，把Step1中定義的建模規範集合，透過靜態的模型語法分析進行自動化分析。規範檢查工具，比如使用者自定義開發指令碼/第三方專業工具如MI等。
Step3：釋出及應用，匯出模型規範檢查報告。
Step4：根據報告追溯模型不符合規範之處，變更模型。
Step5：重複Step2，最終按Step3終版報告。
模型靜態驗證—工作流
•   動態驗證方面，即我們經常會做的一項活動，動態測試。
    ♦  模型動態驗證要求：以模型為測試物件，透過測試要求、測試方法、測試用例、覆蓋率要求進行一些約束。以單元驗證為例，需要滿足以下要求。
動態驗證方法
——摘自ISO 26262-6:2018，Table7
        1n模型程式碼間的背靠背測試，模型作為一個“背”，模型自動生成的程式碼作為一個“背”，給與兩個同樣的激勵，來對比輸出結果。
        其他方面，1j基於需求測試、1k介面測試、1l故障注入測試 等，
動態驗證生成測試用例方法
——摘自ISO 26262-6:2018，Table8
        模型動態驗證，需要透過一定的方法，來分析test case。比如1c邊界值法，可以根據需求的邊界，比如有上邊界a、下邊界b，一般可以取：下邊界略小、下邊界、下邊界略大、邊界間普通值、上邊界略小、上邊界、上邊界略大值，生成test case。
        其他方面，1a基於需求分析、1b等價類生成與分析等，
結構覆蓋率要求
——摘自ISO 26262-6:2018，Table9
        評價動態驗證是否充分，首要滿足需求覆蓋率。其次，要考慮結構覆蓋率指標。如不滿足，需要提供充分的證據來說明達不到覆蓋率的原因。
        1b分支覆蓋，結合模型來理解，也叫判定覆蓋（DC），使得模型中每個判斷的取真分支和取假分支至少經歷一次，即判斷的真假均曾被滿足。以下圖模型為例：
分析模型結構覆蓋率
        可以透過以下測試用例，達到分支覆蓋率要求：
測試用例
        其他方面，1a 語句覆蓋、1c MC/DC覆蓋等，
    ♦  模型動態驗證工作流程：
Step1：制定測試計劃、策略
Step2：編寫測試用例
Step3：構建測試工程
Step4：匯出測試報告（問題清單）
Step5：根據報告/問題修改模型
Step5：重複Step2（補充測試用例）- Step5
Step6：匯出最終測試報告
        在模型動態驗證過程中，可以選擇不同的測試環境，來執行測試。
選擇不同的模型動態驗證環境

ISO 26262 軟體驗證實踐

        在此，也結合ISO 26262 的V流程，小編也給大家分享下模型靜態驗證+模型動態驗證的專案實踐總覽，歡迎大家圍觀。
•  幫助使用者構建模型靜態驗證規範集合及輔助環境：
模型靜態驗證規範集合及輔助環境
模型靜態驗證—工程化
•  幫助使用者安全功能安全要求，構建一體化基於模型動態驗證（動態測試）平臺：
符合功能安全的一體化基於模型動態驗證（動態測試）平臺


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