软件工程:DO-178中的适航要求核心要素

DO-178 将软件适航要求抽象为三大核心元素:适航目标(Objectives)、完成这些目标所需的活动(Activities)、用于证明目标达成的数据(Software Life Cycle Data)。这三者共同构成了软件

一、适航目标(Objectives):体系的"指南针"

适航目标是软件必须达成的最终状态或结果,是整个体系的起点和核心。其本质是"基于风险的安全性要求",具体特征包括:

  1. 分级性:目标的数量和严格程度与软件等级(A-E)强绑定。例如:

    • A级软件需达成71项目标(如"需求100%可验证""测试覆盖MC/DC""无未修复关键缺陷");
    • E级仅需达成16项基础目标(如"需求文档完整""代码通过基本功能测试")。
  2. 跨阶段覆盖:目标贯穿需求、设计、编码、测试、集成等全生命周期,而非单一阶段。例如"需求可追溯性"目标,要求从系统级需求到软件低级需求、再到代码和测试用例,形成双向追溯链。

  3. 安全性导向:所有目标的核心是"防止软件失效导致航空事故"。例如A级软件的"容错性"目标,要求即使出现单点故障,软件仍能维持安全状态。

二、活动(Activities):达成目标的"执行路径"

活动是为实现适航目标而开展的具体过程和操作,是连接目标与结果的桥梁。其特点是"针对性"和"可操作性":

  1. 与目标一一对应:每个目标都有明确的活动支撑。例如,为达成"需求无歧义"目标,活动包括"需求评审(需系统工程师、软件工程师、审定代表参与)""需求原型验证""自然语言需求转化为形式化描述(A级)"。

  2. 覆盖全生命周期:活动从"计划阶段"(制定软件审定计划)开始,到"维护阶段"(变更影响分析)结束。例如:

    • 设计阶段活动:"架构分层设计""模块接口定义与评审""设计与需求的一致性检查";
    • 测试阶段活动:"测试用例设计(基于需求和代码结构)""测试环境校准""回归测试(每次代码修改后)"。
  3. 强度随等级递增:高等级软件(A/B)的活动更严格。例如,A级软件的测试活动需包含"语句覆盖、分支覆盖、MC/DC覆盖的自动化分析""故障注入测试(模拟硬件失效对软件的影响)",而D/E级仅需"功能黑盒测试"。

三、软件生命周期数据(SLCD):证明目标达成的"证据链"

SLCD是活动执行的可追溯记录,是向适航当局证明"目标已达成"的唯一依据。其核心作用是"可验证性"和"可重现性":

  1. 数据类型全覆盖:SLCD包括22类关键文档和记录,例如:

    • 计划类:《软件审定计划(PSAC)》《软件验证计划(SVP)》;
    • 需求类:《软件需求规格说明(SRS)》《需求追溯矩阵(RTM)》;
    • 测试类:《测试用例集》《测试报告(含覆盖度分析)》《缺陷追踪记录》;
    • 配置类:《配置项清单》《变更申请与审批记录》。
  2. 数据需满足"审定可接受性":SLCD不仅要"存在",更要"可信"。例如,测试报告需包含"测试环境参数(如硬件版本、操作系统)""测试人员资质""测试用例与需求的映射关系",确保审定人员可复现测试过程。

  3. 与活动同步生成:数据不是"事后补录",而是活动的自然产物。例如,代码评审活动需同步生成《评审记录》(含评审人员、发现的问题、整改结果),若缺失该记录,即使实际开展了评审,也视为活动未有效执行。

三者的闭环关系:目标→活动→数据→目标验证

  • 目标驱动活动:先明确"要达成什么"(目标),再规划"怎么做"(活动);
  • 活动产生数据:活动的每一步都留下记录(SLCD),证明"做了什么";
  • 数据验证目标:通过审查SLCD,确认活动是否按要求执行、是否达成目标,最终形成"目标是否满足"的结论。

这种闭环确保了软件适航认证的"可追溯性"和"客观性"------避免"凭经验判断",而是通过"目标-活动-数据"的刚性逻辑,让软件安全性"有证可查、有据可依"。

DO-178B/C的演进(如C版本对模型驱动开发、形式化方法的支持),本质上是对"活动"和"SLCD"的扩展(例如新增模型验证活动、模型与代码一致性数据),但"目标-活动-数据"的核心框架始终未变,这正是标准的稳定性与适应性的体现。

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