基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法与流程

本发明涉及软件可靠性分析，特别是涉及一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法。

背景技术：

1、列车网络控制系统(train control management system，tcms)是动车组、城市轨道车辆的重要系统之一，同时作为对全车的关键设备进行控制、监视、故障诊断的核心，其运行可靠性是保证车辆安全运行的决定性因素。

2、随着轨道列车智能化水平和运行速度的不断提升，tcms执行的控制管理和安全监控功能随之增加，而且更多的功能通过集成度高的嵌入式软件系统执行完成，这对tcms软件设计提出了更高的要求。因此，轨道车辆采购方在采购技术要求中对车辆制造商中tcms的系统的软件设计开发提出了可靠性指标要求，特别强调在系统设计过程通过切实可行的可靠性建模方法，在完成tcms软件可靠性建模的基础上进行软件可靠性预计，从而充分保证tcms软件的设计开发达到软件可靠性指标要求。

3、中央控制单元(center control unit，ccu)作为tcms与列车其他各子系统(牵引、制动、辅助供电等)进行通信控制的核心关键部件，承载着整个tcms最为重要的控制管理和安全监控通信功能，其运行可靠性直接影响整个tcms乃至整列车的运营安全可靠性。但是现有技术中缺少对ccu软件进行切实可行的可靠性预计的方法，导致难以满足ccu软件的可靠性指标要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是以tcms中央控制单元软件为对象，提供一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法。

2、为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

3、一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)对tcms的中央控制单元软件进行软件分解，获得构成中央控制单元软件的软件模块；

5、(2)建立软件功能流程图，并对软件模块之间的交互关系以及软件模块的使用方式进行建模，最终建立中央控制单元软件的体系结构；

6、(3)获取中央控制单元软件的体系结构中每一个软件模块的单个模块可靠度以及各软件模块之间的转移概率；

7、(4)使用markov过程模型对中央控制单元软件的体系结构进行可靠性建模，并构造成功转移概率矩阵，根据下式计算中央控制单元软件的可靠性r：

8、

9、其中，rcn为第n个软件模块的单个模块可靠度，i为n×n的单位矩阵，m为成功转移概率矩阵，e为矩阵i-m去掉第n行和第一列后的(n-1)×(n-1)矩阵，|·|表示取方阵的行列式。

10、本发明的有益效果是：

11、本发明以tcms中央控制单元软件为对象，提供了一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，该方法在分析tcms中央控制单元软件系统的体系结构基础上，利用软件模块的执行特点、模块之间的相互作用关系建立软件模块与软件系统之间的可靠性关系模型，以达到利用软件模块的可靠性对tcms中央控制单元软件系统的可靠性进行预计的目的。

技术特征：

1.一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，在对中央控制单元软件进行软件功能分解时，按照以下六个级别进行分解：计算机软件配置项目级别、计算机软件部件级别、单元级别、模块级别、指令级别、操作对象级别。

3.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，在软件功能流程图中，软件初始化后进入显示屏系统功能，显示屏系统功能分别连接牵引系统功能、制动系统功能、辅助系统功能、门控系统功能、空调系统功能、旅客信息系统功能、信号系统功能、烟火报警系统功能、riom系统功能，判断功能是否结束，若是，则结束，否则返回显示屏系统功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，采用s-r方法计算第k个软件模块的单个模块可靠度，步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，软件模块的固有特征分为应用特征、任务特征、功能特征、系统接口特征、输入特征五大类，其中应用特征的类型包括控制耦合、实时、输入和输出、数据耦合、计算，任务特征的类型包括多种任务、较多任务、单一任务，功能特征的类型包括高度相关的多种功能、相对独立的多种功能、高度相关的少数功能、相对独立的少数功能，系统接口特征的类型包括硬件接口多、硬件接口少、软件接口多、软件接口少、操作接口多、操作接口少，输入特征的类型包括输入范围宽但不易出错、输入范围宽并容易出错、输入范围窄但容易出错、输入范围窄并不易出错。

6.根据权利要求4所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，避错措施包括独立的质量保证机构、独立的测试机构、独立的验证与确认、使用软件支持文档、使用软件配置控制组、软件开发计划、严格控制的系统需求说明、严格控制的接口设计说明、严格控制的软件需求说明、严格控制的软件功能设计说明、严格控制的软件功能详细设计说明、需求追踪矩阵、机构分析工具、程序说明语言、程序设计语言、高级语言、层次语言、结构化设计、单功能模块化、结构编码、使用自动测量工具、使用自动测试工具。

7.根据权利要求4所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，查错措施包括经常走查、不经常走查、经常进行评审、不经常进行评审、经常质量审核、不经常质量审核、在pqt之前使用软件问题报告、在pqt之后使用软件问题报告、在fqt之后使用软件问题报告、使用需求变更通知scns、使用工程变更通知ecns、软件需求评审srr、初始设计评审pdr、关键设计评审cdr、测试准备评审trr、功能配置审核fca、物理配置审核pca、非正式单元测试、初始认证测试pqt、正式认证测试fqt、软件综合测试、系统综合测试、运行现场测试。

8.根据权利要求1所述的一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，其特征在于，各软件模块之间的转移概率可以通过相似产品法、经验/专家估计方法、执行测试法中的任意一种来获得。

技术总结
本发明涉及一种基于体系结构的中央控制单元软件可靠性预计方法，包括步骤：对中央控制单元软件进行软件功能分解，获得软件模块；建立软件功能流程图，并对软件模块之间的交互关系以及软件模块的使用方式进行建模，最终建立软件的体系结构；获取体系结构中各软件模块的单个模块可靠度以及模块之间的转移概率；使用Markov过程模型对软件的体系结构进行可靠性建模，构造成功转移概率矩阵，计算中央控制单元软件的可靠性。本发明在分析CCU软件的体系结构基础上，利用软件模块的执行特点、模块之间的相互作用关系建立软件模块与软件系统之间的可靠性关系模型，以达到利用软件模块的可靠性对CCU软件的可靠性进行预计的目的。

技术研发人员：赵强,王长虹,李锋,邢海英
受保护的技术使用者：中车长春轨道客车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13