2020年12月23日，中國(guó)汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)國(guó)際論壇》。中國(guó)汽研將持續(xù)為大家推送精彩演講實(shí)錄，本文為貝騰軟件科技總經(jīng)理劉春曉帶來的《擁抱需求驅(qū)動(dòng)，新能源汽車功能安全落地一站式最佳落地方法》。

1 背景 

隨著軟件驅(qū)動(dòng)汽車時(shí)代的來臨，不斷增加的功能、系統(tǒng)、安全需求、自動(dòng)駕駛等，使得軟件復(fù)雜性急劇提升，在多場(chǎng)景下，如何確定需求測(cè)試的完整性是亟待考慮的。傳統(tǒng)零部件和軟件開發(fā)的區(qū)別在于硬件質(zhì)量瑕疵可通過不良品率ppm量化，生產(chǎn)后的無瑕疵批次硬件依然可用，而軟件開發(fā)發(fā)行后，由于是復(fù)制式部署，會(huì)影響所有最終產(chǎn)品。功能安全的作用主要體現(xiàn)在防范和監(jiān)控方面。ISO26262于2011年正式頒布，聚焦兩大問題，一是人為失誤等導(dǎo)致系統(tǒng)性失效，二是電子件（硬件）隨機(jī)失效，從組織成熟度、流程質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量三個(gè)維度進(jìn)行把控，旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全。TS16949是針對(duì)整個(gè)組織的流程認(rèn)證質(zhì)量體系，ASPICE（汽車軟件過程改進(jìn)及能力評(píng)定）更多的聚焦于軟件的過程品質(zhì)，ISO26262聚焦于產(chǎn)品的安全，在相互穿插支撐整個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的過程中需要一些文檔來約束開發(fā)過程，確保產(chǎn)品吻合當(dāng)前設(shè)計(jì)需求。

2 需求工程

ASPICE及功能安全落地的難點(diǎn)在于硬套模板、執(zhí)行力虎頭蛇尾、管理層志愿不足、對(duì)流程的理解和執(zhí)行有較大偏差等，理解誤差是開發(fā)過程中不可避免的，這些問題的核心點(diǎn)為需求工程，需求工程的目的是構(gòu)建全體項(xiàng)目成員對(duì)開發(fā)內(nèi)容的共通理解。需求的種類分為功能需求（描述系統(tǒng)的能力，在特定場(chǎng)景下系統(tǒng)的行為以及對(duì)于特定的外界激勵(lì)如何響應(yīng)），非功能需求（描述系統(tǒng)與功能無關(guān)的特質(zhì)，比如代碼質(zhì)量、可用性、可擴(kuò)展性、依賴性、可移植性、系統(tǒng)性能、強(qiáng)健性以及系統(tǒng)的開發(fā)成本、期限等），安全需求（源自于軟硬件FMEA、FTA等，規(guī)定系統(tǒng)行為不得導(dǎo)致人身傷害的發(fā)生或者具有嚴(yán)重后果的系統(tǒng)故障）。需求獲取方法包括頭腦風(fēng)暴、問卷、頭腦風(fēng)暴的悖論、變換視角、類比拆解、抽象建?？焖僭?、用例圖等。

安全需求應(yīng)當(dāng)具備的特性包括用詞明確（明確清晰的用詞，一個(gè)詞對(duì)應(yīng)于一個(gè)概念），小顆粒度（一條需求處理事情的一個(gè)方面，一條需求不可細(xì)分為多條需求），自一致性（需求之間沒有內(nèi)在邏輯矛盾），可實(shí)施性（在工程限定條件之下可以得到實(shí)施），可驗(yàn)證性（定義需求時(shí)考慮到需求是否可以被驗(yàn)證）。

需求的基本屬性（PUID：永久性唯一表記序列號(hào)；版本：方便變更管理時(shí)的可追溯性；描述：需求的文本表達(dá)），功能安全需求應(yīng)當(dāng)具有的屬性（類別：安全需求、功能需求、非功能需求；ASIL等級(jí)：QM、 A、B、C、 D ；狀態(tài)：建議、已確認(rèn)、已拒絕、已評(píng)審、已實(shí)施、已驗(yàn)證）。

需求的管理貫穿整個(gè)系統(tǒng)生命周期。包括有層次有組織的結(jié)構(gòu)：相應(yīng)于產(chǎn)品（軟件）的設(shè)計(jì)；完整性：每一層級(jí)的需求必須完整地實(shí)現(xiàn)其上層級(jí)的所有需求；一致性與非冗余性：必須貫穿所有的需求；可維護(hù)性：對(duì)需求的擴(kuò)展，增補(bǔ)，刪除進(jìn)行管理；可追溯性：需求之間，與軟件實(shí)現(xiàn)，與測(cè)試之間雙向可追溯；配置管理：版本的明確定義與使用，歷史版本可復(fù)現(xiàn)，版本的可追溯性。這些要求可以通過需求采集與管理工具輔助進(jìn)行。

需求需要用文字的方式進(jìn)行表達(dá)，國(guó)際需求委員會(huì)建議使用模板來表述需求會(huì)更加清晰（需求的非形式化語(yǔ)言模板）：

非安全需求和安全需求應(yīng)該在系統(tǒng)中被隔離（非干擾），保持一定的獨(dú)立性， 保證不會(huì)因?yàn)槟骋粔K的失效而導(dǎo)致安全目標(biāo)被違反，同時(shí)非安全需求作為也需要遵循ISO26262相關(guān)要求。

系統(tǒng)和軟件的功能安全產(chǎn)品開發(fā)的主要活動(dòng)流程：

BMS功能安全需求例子 FSR（功能安全需求）：

BMS技術(shù)安全需求分析例子 TSR（技術(shù)安全需求）：在FSR的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，通過TSR活動(dòng)定義合理的安全機(jī)制來滿足FSR；基于FSR的初步架構(gòu)，在TSR環(huán)節(jié)部署元素和子元素，構(gòu)建包含軟硬件的技術(shù)架構(gòu)；TSR需要指定元素的結(jié)構(gòu)，行為，接口及交互。

BMS技術(shù)安全需求軟硬件接口定義例子（HSI）：部署完各個(gè)元素的交互后，確定軟硬件接口（HSI），為之后的系統(tǒng)集成打下良好的基礎(chǔ)。

3 測(cè)試工程

功能安全測(cè)試的主要活動(dòng)為 Verification & Validation + 量化結(jié)果。Verification：面向設(shè)計(jì)的驗(yàn)證（驗(yàn)證中間產(chǎn)物，比如設(shè)計(jì)文檔，測(cè)試計(jì)劃等；開發(fā)視點(diǎn)，上下工序的執(zhí)行等），Validation：面向需求的驗(yàn)證（驗(yàn)證終端產(chǎn)品，如軟件和系統(tǒng)需求等；客戶視點(diǎn)，客戶需求導(dǎo)向）。

軟件單元測(cè)試測(cè)試方法包括基于需求的測(cè)試、接口測(cè)試、故障注入測(cè)試、等效性測(cè)試；測(cè)試用例制作包括需求分析、錯(cuò)誤推測(cè)、等價(jià)類、邊界值；測(cè)試覆蓋率基準(zhǔn)包括語(yǔ)句覆蓋、判定覆蓋、MC/DC覆蓋。

軟件集成和測(cè)試，集成測(cè)試包括測(cè)試計(jì)劃和執(zhí)行、測(cè)試用例生成、集成測(cè)試方法集、需求測(cè)試；集成測(cè)試方法包括基于需求的測(cè)試、接口測(cè)試、故障注入測(cè)試、等效性測(cè)試；測(cè)試用例制作包括需求分析、錯(cuò)誤推測(cè)、等價(jià)類、邊界值；測(cè)試覆蓋率基準(zhǔn)包括函數(shù)覆蓋、函數(shù)調(diào)用覆蓋。

軟件單元測(cè)試的量化評(píng)估例子：

基于需求測(cè)試，也稱為功能測(cè)試，是一種基于軟件單元規(guī)格制定測(cè)試用例的質(zhì)量保證（QA）手段?；谛枨鬁y(cè)試的目的是理解需求所定義的軟件在各種場(chǎng)景下的功能與因果性，通過執(zhí)行測(cè)試用例檢查軟件行為是否與軟件規(guī)格一致。

在軟件單元層級(jí)，接口測(cè)試通過測(cè)試接口變量的取值區(qū)間以及邊界值來實(shí)施。接口測(cè)試的目的是根據(jù)軟件單元的接口規(guī)格，通過測(cè)試保障軟件單元接口的強(qiáng)健性。通過等價(jià)類分析、邊界值分析進(jìn)行接口測(cè)試。

故障注入測(cè)試通過故意導(dǎo)入故障來測(cè)試軟件單元中實(shí)施的安全措施的有效性。目的是用于確認(rèn)故障發(fā)生時(shí)軟件單元的行為。通過將故障信號(hào)注入到被測(cè)軟件單元的輸入和定義系統(tǒng)的期待輸出進(jìn)行故障注入測(cè)試。

4 總結(jié)

ASPICE流程作為QM基礎(chǔ)，構(gòu)建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程，支持ASIL需求落地；ISO26262標(biāo)準(zhǔn)確保了面向于E/E系統(tǒng)的安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在整個(gè)產(chǎn)品周期里，不僅包含了開發(fā)流程，也包含了技術(shù)的解決方案；需求工程是保證項(xiàng)目成功的關(guān)鍵要素，投入越多，總體成本越低，產(chǎn)品質(zhì)量越高；測(cè)試工程的自動(dòng)化是項(xiàng)目提質(zhì)提效的關(guān)鍵手段；相對(duì)于硬件PPM的評(píng)估，衡量軟件質(zhì)量主要靠流程，文檔和數(shù)據(jù)，有效性是重要考量指標(biāo)；不存在“超人”必殺技，第三方咨詢認(rèn)證可提供外部智力輔助優(yōu)化項(xiàng)目質(zhì)量，提升產(chǎn)品力，然而企業(yè)內(nèi)在的安全文化及持續(xù)的流程優(yōu)化需求才是競(jìng)爭(zhēng)力之核心。

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