航天型號軟件工程方法與技術

第1章 概 述 1
1.1 軟件工程的概念 1
1.1.1 軟件工程定義 1
1.1.2 軟件工程的基本約束 2
1.1.3 軟件工程的研究內容 5
1.2 航天實施軟件工程的必要性 9
1.2.1 軟件質量問題影響型號任務成敗 9
1.2.2 航天型號軟件研制面臨挑戰(zhàn) 14
第2章 航天型號軟件工程化的要素和方法 16
2.1 航天型號軟件的分類 16
2.2 航天型號軟件工程的核心要素 17
2.2.1 軟件開發(fā)過程 18
2.2.2 軟件開發(fā)方法 26
2.2.3 軟件工程工具 29
2.3 航天型號軟件工程的管理內容 33
2.3.1 策劃管理 33
2.3.2 需求管理 33
2.3.3 過程追蹤與監(jiān)控 33
2.3.4 配置管理 33
2.3.5 過程與產品質量保證 33
2.3.6 外協(xié)管理 34
2.3.7 評審管理 34
2.3.8 文檔管理 34
2.3.9 開發(fā)工具的使用管理 34
第3章 國外航天型號的軟件工程化情況 35
3.1 軟件過程改進標準和方法 35
3.1.1 ISO 9000 35
3.1.2 CMM和CMMI 35
3.2 NASA軟件工程化實踐 39
3.2.1 NASA軟件研制的管理體系 40
3.2.2 NASA標準規(guī)范與流程 40
3.3 ESA軟件工程化實踐 48
3.3.1 ESA軟件研制的管理體系 49
3.3.2 ESA標準規(guī)范與流程 51
第4章 國內航天型號軟件工程化情況 57
4.1 航天型號軟件工程化概述 57
4.2 載人航天工程軟件工程化發(fā)展歷程 58
4.2.1 啟動探索期 58
4.2.2 全面實施期 59
4.2.3 鞏固發(fā)展期 59
4.2.4 軟件工程化成績 60
4.3 載人航天工程軟件工程化標準體系 61
4.3.1 管理規(guī)定 62
4.3.2 技術標準 63
第5章 航天型號軟件研制過程 66
5.1 技術流程分類 66
5.1.1 新研軟件技術流程 67
5.1.2 沿用軟件技術流程 67
5.1.3 參數(shù)修改軟件技術流程 68
5.1.4 適應性修改軟件技術流程 69
5.2 系統(tǒng)級分析與設計 70
5.2.1 系統(tǒng)分析與設計 71
5.2.2 分系統(tǒng)分析與設計 74
5.3 軟件需求分析 77
5.3.1 輸入與輸出 77
5.3.2 工作內容 78
5.3.3 出口準則 79
5.4 軟件設計 80
5.4.1 概要設計 80
5.4.2 詳細設計 82
5.5 軟件實現(xiàn) 84
5.5.1 輸入與輸出 84
5.5.2 工作內容 85
5.5.3 出口準則 86
5.6 軟件測試 86
5.6.1 軟件集成測試 86
5.6.2 軟件配置項測試 88
5.7 系統(tǒng)測試 89
5.7.1 軟件系統(tǒng)測試 89
5.7.2 系統(tǒng)試驗驗證 91
5.8 驗收交付 93
5.9 運行維護 93
5.9.1 輸入與輸出 93
5.9.2 工作內容 93
5.9.3 出口準則 94
第6章 系統(tǒng)級分析與設計 95
6.1 概述 95
6.2 系統(tǒng)分解方法 96
6.2.1 產品分解結構 96
6.2.2 功能流框圖 97
6.2.3 軟件結構HIPO圖 98
6.3 軟硬件協(xié)同設計 99
6.3.1 軟硬件協(xié)同設計定義 100
6.3.2 軟硬件協(xié)同設計與仿真驗證 101
6.3.3 軟硬件協(xié)同設計平臺 102
6.4 軟件復用與外購 104
6.4.1 已有軟件復用過程 104
6.4.2 軟件復用技術 105
第7章 軟件需求分析 110
7.1 概述 110
7.1.1 需求的定義 110
7.1.2 需求的類型 112
7.1.3 需求分析原則 113
7.2 結構化需求分析方法 114
7.2.1 數(shù)據(jù)流圖 115
7.2.2 數(shù)據(jù)字典 117
7.2.3 加工規(guī)格說明 118
7.2.4 實體-關系圖 118
7.2.5 數(shù)據(jù)對象描述 119
7.2.6 狀態(tài)遷移圖 119
7.3 面向對象的需求分析方法 119
7.3.1 面向對象分析方法概述 120
7.3.2 識別分析類和對象 122
7.3.3 定義類之間的關系 123
7.3.4 標識類的屬性和服務 124
7.4 軟件需求管理 126
7.4.1 內容與要求 126
7.4.2 需求追蹤方法 127
7.4.3 需求管理工具 128
第8章 軟件設計 131
8.1 概述 131
8.2 軟件設計的原則 132
8.2.1 模塊化 132
8.2.2 抽象 135
8.2.3 逐步求精 135
8.2.4 信息隱藏 135
8.3 結構化軟件設計方法 135
8.3.1 面向數(shù)據(jù)流的設計方法 135
8.3.2 面向數(shù)據(jù)結構的設計方法 140
8.3.3 結構化程序設計圖形工具 143
8.4 面向對象軟件設計方法 147
8.4.1 系統(tǒng)設計與對象設計 148
8.4.2 面向對象程序設計 148
8.4.3 面向對象設計工具 150
8.5 數(shù)據(jù)庫結構設計 151
第9章 軟件實現(xiàn) 153
9.1 概述 153
9.1.1 編程語言分類 153
9.1.2 編程語言的選擇 155
9.2 編程風格與編碼規(guī)范 156
9.2.1 程序設計風格 156
9.2.2 C語言編碼規(guī)范 161
9.3 高安全可靠的軟件編碼環(huán)境 167
9.3.1 編譯器對軟件安全可靠性的影響 167
9.3.2 安全可信編譯器 167
第10章 軟件測試 170
10.1 概述 170
10.1.1 測試策劃 170
10.1.2 測試設計與實現(xiàn) 170
10.1.3 測試執(zhí)行 171
10.1.4 測試總結 171
10.2 測試方法 172
10.2.1 靜態(tài)測試 172
10.2.2 動態(tài)測試 172
10.3 軟件單元測試 179
10.3.1 單元測試的內容 180
10.3.2 單元測試的方法 182
10.4 軟件集成測試 187
10.4.1 集成測試的內容 188
10.4.2 集成測試的方法 188
10.5 軟件配置項測試 190
10.5.1 功能測試 190
10.5.2 性能測試 190
10.5.3 接口測試 191
10.5.4 人機交互界面測試 191
10.5.5 強度測試 191
10.5.6 余量測試 192
10.5.7 恢復性測試 192
10.5.8 安裝性測試 193
10.5.9 邊界測試 193
10.5.10 安全性測試 193
10.5.11 互操作性測試 194
10.5.12 敏感性測試 194
10.5.13 數(shù)據(jù)處理測試 194
10.5.14 容量測試 195
10.6 系統(tǒng)測試 195
10.6.1 軟件系統(tǒng)測試 195
10.6.2 系統(tǒng)試驗驗證 195
10.7 回歸測試 196
10.8 第三方測評 196
10.9 軟件測試工具 197
10.9.1 靜態(tài)分析工具 197
10.9.2 單元測試工具 199
10.9.3 嵌入式軟件白盒測試工具 200
10.9.4 測試管理工具 201
第11章 軟件運行維護 202
11.1 概述 202
11.1.1 軟件維護的定義 202
11.1.2 影響維護工作量的因素 203
11.1.3 軟件可維護性 204
11.2 軟件維護的實施 207
11.2.1 維護機構 207
11.2.2 維護的流程 207
11.3 遺留系統(tǒng)的再工程 209
11.3.1 遺留系統(tǒng)的演化 209
11.3.2 軟件再工程和逆向工程 210
第12章 軟件安全可靠性 214
12.1 概述 214
12.1.1 安全關鍵軟件定義 215
12.1.2 安全關鍵軟件開發(fā)難點和挑戰(zhàn) 216
12.2 安全關鍵軟件開發(fā)過程 217
12.2.1 軟件安全計劃 219
12.2.2 系統(tǒng)/分系統(tǒng)設計與分析 220
12.2.3 軟件安全性需求開發(fā) 232
12.2.4 軟件安全性設計 246
12.2.5 軟件安全性實現(xiàn) 250
12.2.6 軟件安全性測試 250
12.2.7 軟件運行維護 250
12.2.8 軟件安全性追蹤分析及軟件變更安全性分析 251
12.3 軟件可靠性設計和測試驗證 252
12.3.1 軟件可靠性分配與預計 252
12.3.2 軟件可靠性設計 255
12.3.3 軟件可靠性分析 256
12.3.4 軟件可靠性測試 258
12.3.5 軟件可靠性評估 259
第13章 軟件項目管理與計劃 262
13.1 概述 262
13.2 軟件項目管理過程 262
13.2.1 啟動軟件項目 263
13.2.2 成本估算 263
13.2.3 風險分析 263
13.2.4 進度安排 264
13.2.5 追蹤和控制 264
13.3 軟件開發(fā)計劃的實現(xiàn)過程 264
13.3.1 計劃初始階段 264
13.3.2 制訂軟件開發(fā)計劃 265
13.3.3 對軟件開發(fā)計劃進行審查和批準 265
13.3.4 實施軟件開發(fā)計劃 265
13.3.5 軟件開發(fā)過程的度量和評價 265
13.3.6 修改軟件開發(fā)計劃 265
13.4 軟件開發(fā)成本估算 266
13.4.1 基于參數(shù)化模型的軟件成本估算 266
13.4.2 非參數(shù)化的軟件成本估算 271
（13-6） 272
13.5 進度安排 272
13.5.1 制訂開發(fā)進度計劃 273
13.5.2 進度安排的圖形方法 273
13.5.3 追蹤與控制 274
13.6 風險管理 274
13.6.1 風險識別 274
13.6.2 風險估算 275
13.6.3 風險評價 275
13.6.4 風險監(jiān)控與應對 275
第14章 配置管理 277
14.1 概述 277
14.1.1 術語和定義 278
14.1.2 配置管理庫 280
14.1.3 配置管理的組織和職責 281
14.2 配置管理流程 282
14.2.1 制訂配置管理計劃 283
14.2.2 建立配置管理系統(tǒng) 286
14.2.3 創(chuàng)建和發(fā)布基線 287
14.2.4 跟蹤與控制變更 288
14.2.5 配置記錄和報告 291
14.2.6 配置審核 292
14.3 技術狀態(tài)控制 293
14.3.1 系統(tǒng)級分析與設計 293
14.3.2 軟件需求分析 293
14.3.3 軟件設計 294
14.3.4 軟件實現(xiàn) 294
14.3.5 軟件測試 294
14.3.6 驗收交付 295
14.3.7 運行維護 295
14.4 配置管理工具 296
14.4.1 常用配置管理工具 296
14.4.2 選型與使用注意事項 297
第15章 軟件質量保證 299
15.1 概述 299
15.2 質量保障組織機構 299
15.3 質量保證流程 300
15.3.1 制訂軟件質量保證計劃 302
15.3.2 實施軟件質量保證活動 303
15.3.3 不符合項處理 306
15.3.4 質量保證維護 307
15.4 軟件評審 307
15.4.1 評審的分類 307
15.4.2 評審原則 309
15.4.3 評審計劃 309
15.4.4 評審流程 309
第16章 模型驅動軟件開發(fā)方法 311
16.1 概述 311
16.2 模型驅動架構 315
16.3 體系結構描述語言 318
16.3.1 UML 318
16.3.2 SysML 319
16.3.3 AADL 320
16.3.4 MARTE 323
16.3.5 比較分析 324
16.4 模型驅動開發(fā)方法的關鍵技術 325
16.4.1 需求分析 325
16.4.2 面向領域的建模語言語義擴展 326
16.4.3 模型轉換 329
16.4.4 代碼生成 329
16.4.5 基于模型的驗證技術 330
16.4.6 部署與重構 330
16.5 工具支持 331
16.5.1 商業(yè)工具 331
16.5.2 開源工具 332
16.5.3 領域模型驅動開發(fā)環(huán)境研制 336
16.6 小結 337
第17章 形式化軟件開發(fā)方法 339
17.1 概述 339
17.2 形式化方法的選用原則 341
17.2.1 形式化程度 341
17.2.2 形式化方法的使用范圍 342
17.2.3 合理的預期 343
17.3 形式化軟件開發(fā)過程 343
17.3.1 軟件系統(tǒng)刻畫階段 343
17.3.2 建模階段 344
17.3.3 規(guī)約階段 344
17.3.4 分析階段 345
17.3.5 歸檔階段 345
17.3.6 維護階段 345
17.4 需求描述及形式化 346
17.4.1 需求捕捉的層次 346
17.4.2 需求陳述的明確性 346
17.4.3 需求追蹤性 347
17.4.4 底層原理和直觀描述的可用性 347
17.5 形式化建模 347
17.5.1 數(shù)學模型 348
17.5.2 離散和連續(xù)域的數(shù)學模型 349
17.6 形式化規(guī)格說明 353
17.6.1 形式化規(guī)范語言 353
17.6.2 形式化規(guī)范語言風格 355
17.6.3 形式化規(guī)范和生命周期的關系 355
17.6.4 檢測形式化規(guī)格說明中的錯誤 356
17.6.5 形式化規(guī)格說明的效用 358
17.7 形式化分析 360
17.7.1 自動演繹 360
17.7.2 有限狀態(tài)方法 363
17.8 工具支持 364
17.8.1 模型驗證工具 364
17.8.2 定理證明工具 365
17.9 小結 365
17.9.1 應用類型 366
17.9.2 規(guī)模和結構 366
17.9.3 類型選擇 366
17.9.4 形式化級別 366
17.9.5 使用范圍 366
17.9.6 工具支持 366
參考文獻