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基于UML的嵌入式软件可靠性和安全性研究

作　者: 王洪鹏
导　师: 王华忠
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 软件可靠性功能安全软件测试 UML建模使用模型嵌入式软件设计
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着嵌入式产品在安全相关领域的应用的发展,人们逐渐认识到嵌入式软件可靠性和安全性的重要性。嵌入式软件可靠性和安全性的研究是一门涉及软件工程、软件测试、可靠性工程、嵌入式软件设计、通信技术的综合学科。目前随着航天、军工和核电事业的发展,软件可靠性和功能安全的研究正得到突飞猛进的发展。但目前对于嵌入式软件可靠性和安全性的研究还比较少,主要还集中在获得软件测试的失效数据和构建嵌入式软件可靠性模型,对嵌入式软件进行可靠性增长测试和可靠性验证测试。但是由于嵌入式软件的可靠性要求比较高,且代码量比较少,很难获得大量的软件失效数据。所以想要提高和验证嵌入式软件可靠性和安全性单单采用基于软件可靠性模型的可靠性增长测试和可靠性验证测试是不够的。可靠性和安全性的提高是伴随着合理的工程管理和充分的测试,必须覆盖嵌入式软件的实际使用情况。本文首先结合软件工程的思想和IEC 61508功能安全规范,根据IEC 61508功能安全规范给出的措施建议,选取适当的措施用于软件系统设计,采用半形式化方法的统一标准建模语言,和Rational Rose辅助系统设计工具,描述软件系统的结构,构建软件系统模型,以此描述软件规范,以提高嵌入式软件的可靠性和安全性。其次,为了解决半形式化的描述不能被运用于软件测试,提出采用可测性约束语言OCL约束嵌入式软件的系统模型,并根据MARKOV链算法,构建嵌入式软件的MARKOV链使用模型,在此基础上生成软件的测试用例。研究了对嵌入式软件的系统模型添加可测性描述,构建使用模型及其转移矩阵以及生成测试用例的方法。最后针对智能HART压力变送器的软件,采用UML建立软件系统的模型,然后这对变送功能和HART信息接收功能,构建这些用例的使用模型,并计算了HART信息接收用例的测试覆盖率以及提出产生测试用例的方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题的研究意义  9-10
  1.2 本课题研究技术背景  10-13
    1.2.1 嵌入式软件的特点  10
    1.2.2 UML建模技术的发展及概述  10-11
    1.2.3 软件可靠性测试技术的发展及概况  11-12
    1.2.4 软件可靠性评价技术的发展及概况  12-13
  1.3 本文研究的主要内容及安排  13-15
第2章嵌入式软件可靠性测试  15-25
  2.1 嵌入式软件可靠性测试基础  16-19
    2.1.1 嵌入式软件可靠性测试概念  16-17
    2.1.2 嵌入式软件可靠性测试过程  17-18
    2.1.3 嵌入式软件可靠性增长测试  18
    2.1.4 嵌入式软件可靠性验证测试过程  18-19
  2.2 两种常用的嵌入式软件可靠性测试方法  19-24
    2.2.1 基于功能分解的嵌入式软件可靠性测试  19-20
    2.2.2 基于顺序图的嵌入式软件集成测试  20-24
  2.3 小结  24-25
第3章基于UML的软件可靠性设计和测试  25-41
  3.1 基于IEC61508-3的嵌入式软件系统设计  25-27
  3.2 使用模型的创建过程和表示  27-30
    3.2.1 使用模型的创建  27-29
    3.2.2 使用模型的表示方式  29-30
  3.3 基于使用模型的嵌入式软件可靠性测试  30-40
    3.3.1 生成MARKOV链使用模型  30-33
    3.3.2 计算MARKOV链使用模型的测试覆盖率  33-34
    3.3.3 为MARKOV链使用模型的添加可测性约束  34-40
    3.3.4 生成测试用例  40
  3.4 小结  40-41
第4章基于HART的智能压力变送器的软件可靠性研究  41-60
  4.1 基于HART的智能仪表的软件分析  41-43
    4.1.1 软件故障的特点  42-43
    4.1.2 故障类型  43
  4.2 HART变送器软件故障树分析  43-45
  4.3 UML对HART变送器软件系统建模  45-50
    4.3.1 系统用例图  45-46
    4.3.2 系统交互作用图  46-47
    4.3.3 软件系统设计  47-48
    4.3.4 系统用例场景  48-50
    4.3.5 通信状态图  50
  4.4 生成使用模型  50-54
  4.5 计算测试覆盖率  54-58
  4.6 自动生成测试用例  58-59
  4.7 小结  59-60
第5章总结与展望  60-62
  5.1 本文的总结  60
  5.2 工作展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士期间发表的学术论文  66

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