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航天C程序安全规则检查技术研究

作　者: 李锋
导　师: 齐治昌
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机技术
关键词: 编程规则静态分析编译器航天器软件C语言编程规范
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
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内容摘要

航天嵌入式软件要求具有很高的可信性,这类软件中有大量用C语言编写的程序,C语言虽然灵活,但也存在很多容易导致安全问题的使用方式,进而影响到航天嵌入式软件的可信性。因此,国内航天界制定了《航天器软件C语言编程规范》,它是基于C89国际标准、MISRA-C 2004和《GJB C语言编程规则》制定的航天C语言安全规则集,已经成为国内航天领域的C语言编程标准。虽然已经有一些工具可以支持《航天器软件C语言编程规范》的检查,但还不够充分,还存在漏洞,部分规则没有检查出来。因此,研究航天C程序的安全规则检查技术具有重要的现实意义。本文完成的工作主要有:首先,对国内外C程序安全规则集及检查工具进行了分析比较;分析了GCC编译器的编译流程及其前端词法分析、语法语义分析的主要数据结构和工作过程。其次,在上述工作的基础上,采用对GCC编译器前端进行扩展的思路,提出了对《航天器软件C语言编程规范》中的部分编程规则进行检查的方法,通过对GCC的C语言前端的预处理程序、词法分析程序、语法语义分析程序进行修改和扩充,实现了C语言编程规范检查工具SC-RuleChecker。最后,对SC-RuleChecker进行了系统测试和实际应用,结果表明,SC-RuleChecker实现了规则检查的功能,与现有的商业工具相比,本工具可以发现其它工具不能检测出来的部分规则违反情况,有助于降低航天软件中的潜在风险、提高软件可信性。

全文目录

表目录  7-9
图目录  9-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章绪论  12-21
  1.1 论文研究背景  12
  1.2 研究现状  12-20
    1.2.1 程序分析方法  12-16
    1.2.2 C 语言安全编程规则集  16-17
    1.2.3 安全编程规则的检测工具  17-20
  1.3 论文的主要工作及创新  20
  1.4 论文结构  20-21
第二章航天C 程序安全规则集  21-32
  2.1 背景介绍  21-22
  2.2 MISRA-C 安全规则集和Testbed 编程规则  22-25
    2.2.1 MISRA-C 安全规则集  22-23
    2.2.2 Testbed 编程规则  23-25
  2.3 《航天器软件C 语言编程规范》的分类及内容  25-27
  2.4 安全规则集对比分析  27-28
  2.5 《航天器软件C 语言编程规范》的支撑工具分析  28-31
    2.5.1 静态分析工具QAC 分析  28
    2.5.2 静态分析工具LDRA Testbed 分析  28-30
    2.5.3 分析结论  30-31
  2.6 小结  31-32
第三章编译器的前端实现原理分析  32-52
  3.1 编译器基本结构  32
  3.2 词法分析  32-37
    3.2.1 词法分析功能  32-33
    3.2.2 单词的类型和类别码  33-34
    3.2.3 词法分析器生成工具Lex  34-37
  3.3 语法分析  37-41
    3.3.1 文法  37-38
    3.3.2 LR 分析  38-39
    3.3.3 构造LALR 语法分析表  39-40
    3.3.4 语法分析器的自动生成工具Yacc  40-41
  3.4 语义分析  41-42
  3.5 GCC 编译器工作过程分析  42-51
    3.5.1 GCC 编译器系统结构  42
    3.5.2 GCC 的前端组成  42-43
    3.5.3 GCC 的整体控制流程  43-45
    3.5.4 GCC 中的数据结构分析  45-51
  3.6 小结  51-52
第四章 SC-RuleChecker 的设计与实现  52-66
  4.1 SC-RuleChecker 的检查算法设计与实现  52-63
    4.1.1 SC-RuleChecker 的实现流程  52-53
    4.1.2 SC-RuleChecker 的规则配置文件  53-54
    4.1.3 SC-RuleChecker 的实现方法  54-62
    4.1.4 SC-RuleChecker 实现方法总结  62-63
  4.2 SC-RuleChecker 界面设计  63-65
    4.2.1 SC-RuleChecker 的功能模块  63-64
    4.2.2 SC-RuleChecker 运行界面  64-65
  4.3 小结  65-66
第五章 SC-RuleChecker 的系统测试及实际应用  66-76
  5.1 SC-RuleChecker 的系统测试  66-72
    5.1.1 测试用例1  66-68
    5.1.2 测试用例2  68-69
    5.1.3 测试用例3  69-70
    5.1.4 测试用例4  70-71
    5.1.5 测试结论  71-72
  5.2 SC-RuleChecker 的实际应用  72-75
    5.2.1 用SC-RuleChecker 检测航天嵌入式软件  72-74
    5.2.2 用SC-RuleChecker 检测μc/os 系统  74-75
  5.3 小结  75-76
第六章结束语  76-78
  6.1 工作总结  76
  6.2 下一步工作  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-82
作者在学期间取得的学术成果  82-83
附录A 攻读硕士期间参加的科研项目  83-84
附录B 工程文档  84

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