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 研單位的逐步應用推廣，軟件產品研制過程的工程化要求越來越科學 和嚴格。因此我們在某些重點項目上進行了GJB5000A二級的首批實踐。這次實踐有效地提高了軟件研制的工程化水平，但是同時也發現了許多問題和和失誤。通過管理人員和技術人員的分析和總結， 得出 結論：GJB5000A二級的應用需要關注的兩方面工作重點，一是建立 適應于中小型嵌入式軟件的高效的項目管理體系，二是利用軟件測試技術提高軟件的可靠性，保證軟件的質量。1中小型嵌入式軟件的高效管理1.1軟件研制的現狀在電子信息系統及相關產品中，主要包含三類軟

2、件：（1）人機交互類軟件，采集目標狀態信息和各分系統狀態信息 顯示于終端圖形界面上，同時由操縱員進行人工操作；（2）數據處理類軟件，包括數據處理、信號處理、數據融合、 數據交換等；（3）控制類軟件，包括波束控制，機械裝置控制，時序控制，系統校準，系統自檢等。這三類軟件的功能模塊基本相同，包括系統 初始化、任務調度、數據解算、時序控制、I/O通信定時管理、中 斷管理、任務問的通信/同步/互斥管理及內存管理等。它們的研制特點如表1所示：賽丨.¾4tfl制警點艸席卅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時性的嵌入式芯片或平臺上開發 和運行，三類軟件規模較小，研制周期短，不同項目的軟件之間具有 重復性。在實際工作當中，每個軟件項目組的人員配置上，全部軟件 研發人員人數一般不多于10人，項目組成員同時分擔大量的硬件研 制、系統組成、系統聯調、試驗的工作。因此我們面對的主要是中小 型軟件項目的嵌入式軟件。在軟件工程化的首次實踐中，軟件研制過程反映出4類共性的問 題：（1）項目軟件研發時間緊，人員少，人員投入度不足，人員職 責不明晰，造成部分執行要求被人為簡化，甚至隨意取消；（2）項目軟件的計劃性不強，經常出現需求、人員、資源的變 動，造成了

4、進度拖延，計劃無法得到保證；（3）項目軟件研發過程中會議和文檔較多，但利益相關方的界 定不明晰，造成不必要的“文山會海”現象，降低管理效率，影響軟 件設計工作；（4）管理人員和技術人員的工作過程缺乏足夠的監管和測量分 析，造成了項目管理進程缺乏統一性和技術可重復性。為了解決通過上述問題，我們在實踐過程中逐漸摸索和總結出一 些適合中小型嵌入式軟件研制方法。下面將從軟件項目管理體系和軟件項目研制過程兩方面進行闡述。1.2 軟件項目管理體系成功的軟件取決于科學的管理體系。 GJB5000A二級的七個過程 域中，項目策劃(PF)、配置管理(CM、過程和產品質量保證(PPQA 這三個過程域是十分重要的管

5、理過程域。項目策劃的目的是制定和維護定義項目活動的計劃，具體分為四項工作：(1、制定項目軟件研制計劃；(2) 適當地與利益相關方交換意見；(3) 獲得對計劃的承諾；(4) 維護該計劃。項目策劃可以理解為整個軟件研制過程的劇本，其規定了“ WWWHl( When Who Where HoW Input、OutPut、六個要素，即規定時間內安排項目人員及相關管理人員在一定環境下按照軟 件工程化的方法，以項目的早期需求或軟件研制任務書為輸入，依靠項目軟件經理與所級主管領導、項目總師、科研開發部、質量管理部、 設計師、同行專家經過多方協調，在需求管理、軟件生命周期、代碼 規模估計、文檔規模估計、工作量

6、估計、進度、風險管理、培訓管理、 數據測量、數據管理等達成一致.輸出整個項目的軟件開發計劃。初期的計劃往往無法做到盡善盡美， 需求和承諾的更改，不準確 的前期估計都會影響計劃的實施，導致項目計劃需要在過程中調整甚 至重新制定，因此對于研制周期較長、軟件模塊之間存在復雜依賴關系的項目，需要分每一階段進行更細化的項目策劃配置管理緊緊依賴于軟件開發計劃，目的是利用配置標識、配置控制、配置狀態紀文和配置審核建立和維護工作產品的完整性。整個軟件生命周期中，配置管理起到“數據庫”和“錄像機”的作用。首先組織級配置管理員規定三類基線：功能基線、分配基線、產品基 線；規定三類文件存儲庫：開發庫、受控庫、產品庫

7、 然后項目級配 置管理員規定基線下的工作產品，如技術文檔、軟件源代碼及可執行 程序、評審報告等，根據軟件研制階段不同分別放置于對應基線下的 庫中。組織級和項目級配置管理員進行合理計劃， 輸出配置管理計劃。配置管理工作不能誤認為僅僅是檔案工作， 作為組織級項目配置 管理員，其職責為：（1）定制標準化的開發流程；（2）定制訪問控制、變更控制的條例；（3）監督配置管理事件并驅動相應的對策；（4）軟件配置管理工具的日常管理與維護。作為項目級配置管理員，其職責為：（1）提交配置管理汁劃；（2）各配置項的管理與維護：（3）執行版本控制和變更控制方案；（4）完成配置管理階段工作報告。過程與產品質量保證是從制

8、度和規范上嚴格保證了軟件工程化 的實施。質量管理人員應該具備軟件研制開發的經驗，熟悉各種軟件 的研制流程。首先建立對研制過程、工作產品的評價標準；其次通過 檢查標識并文檔化不符合項，追蹤不符合項的閉環；然后定期將軟件 研制過程的質量情況通報整個項目組和高層，并做出階段總結報告。項目軟件經理、組織級/項目級配置管理員、 質量保證人員三者 應該及時溝通，從不同的角度管理軟件研制項目組成員， 包括相互之 間的監督，促使軟件研制過程嚴格按照 GJB5000A二級標準執行。他 們也需要按階段或定期向項目總師、部門領導以及所領導匯報軟件工 程化的實施情況以獲得上級對項目的支持。1.3 軟件項目研制過程項目

9、策劃和配置管理雖然已經定義了流程化或模板式的操作方 法，但大部分項目軟件人員會犯“先做事，后補文檔”的錯誤。因為 對于總師、分系統負責人、設計師等項目組技術人員來說，他們更關 注如何能夠促進軟件研制過程又好又快的進行。 為了這個目的，必須 重視需求管理（REQ）項目監控（PM）測量與分析（MA這三個 工程過程域。下面以一個瀑布模型的軟件研制過程為例說明如何進行過程中的監控。項目監控從圖1中的軟件需求分析階段開始直至項目結束。 項目 監控過程中，設計師和管理人員需要提供個人工作周報， 記錄自己實 際的工作完成情況；在雙周或整月時，項目軟件經理組織項目組成員 交流項目情況并記錄；階段結束后，組織針

10、對階段工作產品的評審會， 然后輸出里程碑報告。管理人員對照軟件開發計劃中的進度計劃、風險管理計劃、數據管理計劃、利益相關方參與計劃等文檔監控進度l 'l'ff l 丁7II'TiiL-偏差、工作量偏差、規模偏差、風險變化、培訓情況、評審狀況、問 題數量和回歸狀況。一旦出現偏差加大的趨勢，就需要及時開會交流, 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地規定了對于能夠證明過程的文檔的采集 和存儲方法，而且需要對采集數據匯總后進行統計分析，將分析結果, 如偏差、趨勢、錯誤數目等展示給項目組成員和高層領

11、導，由他們進 行項目開發的決策。項目監控是手段，測量與分析為輔助，需求管理則是最終目的。 結合圖1,需求在整個軟件研制周期內不可能是一成不變的，是逐步 細化的。用戶需求是第一步，隨后軟件研制任務書將用戶需求工程化， 需求規格說明對任務書的需求細化，設計說明對需求規格說明的需求 細化，軟件源代碼將設計說明對應到代碼。單元測試、集成測試、系 統測試是對細化后的需求進行回歸。根據 GJB438B-2009中的軟件 需求規格說明模板，需求包括 10類技術需求和4類非技術需求。 非技術類需求一般可以得到客觀保證， 因此不會出現大的變動，可以 暫不納入需求跟蹤矩陣。技術需求由于項目研制情況會出現變化， 需

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

13、目的進度、成本、質量、資源等情況進 行集成管理的平臺。其主要功能包括：任務分配與跟蹤、項目估計、 項目周報和個人周報記錄、問題與風險管理、項目度量分析。該平臺 支持系統建模，即意味著可以針對不同項目設計對應的模板和模塊。 該平臺主要體現PP（項目策劃）、PM（C項目監控）、MA（測量與分析） 和PPOAra個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、基線管理。該軟件主要實現 REQM需求管理）過程域的信息化管理工作；（3）KCFLOW確保軟件項目生存周期內產品的完整性、一致性和可追溯性。其主要功能包括：配置計劃管理、變

14、更控制、版本管理、 產品依賴關系和一致性管理、軟件問題跟蹤管理、軟件配置狀態審計。 該軟件實現了 CM (配置管理)過程域的信息化管理，同時也可以管 理REQM口 PPQ/兩個過程域；(4) KTFLoWV測試過程的管理軟件，其主要功能包括：梳理測 試需求、制定測試計劃、設計測試用例、執行測試過程、輸出測試報 告。該軟件幫助測試人員在短時間內、 大批量的完成多個項目的軟件 測試。這四類工具有兩個特色：一是它們相互之間可以進行數據互聯， 幫助管理人員從不同角度監督研制過程；二是工具支持文檔自動生成, 項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， 即可輸出標準化的文檔。盡管

15、具有功能強大的工具，但是在初期實踐階段，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 置管理員負責使用，然后逐步對項目級配置管理員以及項目相關成員 進行推廣。在這個過程中，項目組成員需要不斷的實踐，逐步提高勞 動效率。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現好的軟件， 而評價軟件好壞的關鍵 標準是軟件可靠性。軟件可靠性(SoftWare Reliability )指的是在 給定時間和特定環境要求下，軟件完成規定功能的能力。針對在雷達 系統中使用的嵌入式軟件中，可靠性指標一般隸屬于分系統或整機的 指標，即在初始系統正常的條件下，在

16、規定時間內，軟件不引起系統 故障的能力。由于嵌入式軟件與硬件結合相當緊密，其可靠性指標具有很大的 隨機性，如外界環境變化、系統輸入出錯、使用不當以及軟硬件設計 的固有缺陷等原因都會導致軟件可靠性指標降低，但是不能因為這些 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 過軟件工程化的實踐來提高。1.12.2靠性的提高嚴格進行軟件工程化管理是提高軟件可靠性的必經之路。按照軟 件工程化要求，需要做好如下五方面工作：（1）前期項目組針對軟件進行充分的論證和分析，爭取將軟件 需求明確體現在軟件研制任務書中；（2）設計過程中，盡量提高軟件模塊或單元的高內聚性、低耦 合性。單元之間的接口盡

17、量明晰，整個系統軟件的復雜度不易過高， 該拆分的就需要合理拆分為多個組成部分；（3）加強軟件文檔的健全性和準確性，按照 GJB438B-2009武 器系統軟件開發文檔的要求，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。這些文檔必須經過專業人士的評審 認可，并且問題回歸后才能進行歸檔；(4) 逐步建立軟件標準化工作，包括文檔標準化和代碼模塊標 準化，這樣可以有利的縮短研制周期，降低研制風險，提高軟件產品 的重用率；(5) 切實加強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量的保證起到至關重要的作 用，但是技術人員依然心存質疑，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、不斷地發現各種 軟件缺陷而開展的對軟件及過程產品的驗證和確認活動。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語言標準的要求；(2) 針對軟件設計說明對應的軟件模塊的單元測試和動態 測試，確保軟件模塊的代碼覆蓋率達到 100%;(3) 針對需求規格說明對應的軟件功能性能的集成測試， 確保軟件功能、性能、外部和內部接口等符合要求；(4) 針對軟件研制任務書對應的軟件需求的系統測試或驗 收測試，確保軟硬件各項指標符合用戶的驗收要求。在這個測試過程中，測試問題及問題數目、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據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鍵的保障作用。1.13. 2軟件測試工具的應用軟件測試是一項有難度的專業技術工作，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。該軟件主要可以實現代碼評審、質