彈載軟件質(zhì)量模型的研究

林曉欲，雷倩茹, 沈 欣

(1.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009； 2.空裝駐洛陽地區(qū)第一軍事代表室，河南 洛陽 471009)

0 引 言

導(dǎo)彈產(chǎn)品中軟件的作用日益增大，對(duì)彈載軟件的質(zhì)量要求也越來越高，因此，如何有效評(píng)價(jià)軟件質(zhì)量成為利益相關(guān)方的關(guān)注點(diǎn)。軟件質(zhì)量度量的基本思想是以“質(zhì)量特性-子特性-影響子特性的因素”層級(jí)關(guān)系，開展以度量元為基礎(chǔ)，定性或定量地進(jìn)行度量的過程。由于質(zhì)量因素間存在交叉、影響關(guān)系，經(jīng)過分級(jí)分解后，度量元會(huì)急劇增長，度量成本很高。

本文綜合考慮彈載軟件的內(nèi)、外部質(zhì)量特性以及使用特性，以彈載軟件質(zhì)量為目標(biāo)，結(jié)合內(nèi)、外部需求和用戶需求的核心關(guān)注點(diǎn)，構(gòu)建簡潔、實(shí)用和高效的度量模型。旨在通過簡化的彈載軟件質(zhì)量模型，在軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)過程中為該類軟件質(zhì)量度量提供一種定量化的方法。

1 軟件質(zhì)量模型

軟件質(zhì)量的概念開始于20世紀(jì)70年代，是指在特定條件下使用軟件產(chǎn)品滿足明確或隱含需求的程度。軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)一般以軟件質(zhì)量模型的建立為基礎(chǔ)。1977年，McCall質(zhì)量模型的建立； 1978年，分層結(jié)構(gòu)的Boehm質(zhì)量模型的提出； 1991年，ISO 9126-1991標(biāo)準(zhǔn)《軟件產(chǎn)品-質(zhì)量特性及其使用指南》的發(fā)布，系統(tǒng)性地將十多年來推出的各種質(zhì)量模型進(jìn)行了統(tǒng)一。1996年，國內(nèi)發(fā)布了軟件產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16260-1996； 2004年，發(fā)布了GJB 5236-2004《軍用軟件質(zhì)量度量》。

GJB 5236標(biāo)準(zhǔn)4.1中提到，軟件產(chǎn)品質(zhì)量可以通過測量內(nèi)部屬性、測量外部屬性，以及測量使用質(zhì)量的屬性來評(píng)價(jià)； 與評(píng)價(jià)方法密切相關(guān)地建立了內(nèi)部質(zhì)量、外部質(zhì)量、使用質(zhì)量的質(zhì)量模型； 內(nèi)、外部質(zhì)量模型有6個(gè)質(zhì)量屬性(功能性、可靠性、易用性、效率、維護(hù)性、可移植性)，可再細(xì)分為若干子特性； 使用質(zhì)量模型主要通過用戶評(píng)價(jià)，如有效性、生產(chǎn)率、安全性以及滿意度來體現(xiàn)。

對(duì)于軍用軟件產(chǎn)品來說，GJB 5236中質(zhì)量模型度量的內(nèi)容非常完整和全面，但如果直接用于彈載軟件質(zhì)量度量，各種質(zhì)量要素影響關(guān)系復(fù)雜，且度量元太多太細(xì)，很難將全部要素推向最優(yōu)。針對(duì)彈載軟件，本文擬根據(jù)其特點(diǎn)作出相應(yīng)的決策，建立彈載軟件質(zhì)量模型。

2 彈載軟件質(zhì)量模型的建立

軟件的使用質(zhì)量體現(xiàn)了特定的用戶對(duì)軟件在特定環(huán)境下有效性、生產(chǎn)率、安全性和滿意度的不同要求，不同類型的軟件對(duì)軟件要素的要求是不一樣的，這與軟件在什么背景下使用和實(shí)際用途有關(guān)。基于此，結(jié)合彈載軟件的特點(diǎn)和質(zhì)量要求，提出了彈載軟件的質(zhì)量模型。該模型將外部質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量與使用質(zhì)量結(jié)合起來，用測試、度量和評(píng)估的手段對(duì)彈載軟件特性進(jìn)行客觀和半客觀的量化。

2.1 彈載軟件特點(diǎn)

彈載軟件屬于嵌入式軟件，其算法復(fù)雜、處理時(shí)間短，實(shí)時(shí)性要求高； 存儲(chǔ)容量有限，具有很強(qiáng)的物理相關(guān)性； 一旦發(fā)生故障或失效，會(huì)造成重要任務(wù)失敗或影響生命安全，要求具有高可靠性和高安全性。

實(shí)時(shí)性是指在有限的時(shí)間內(nèi)，高精度完成各項(xiàng)任務(wù)； 物理相關(guān)性是指嵌入式軟件與硬件設(shè)備密不可分，算法和通訊往往直接與物理設(shè)備相關(guān)聯(lián)； 高可靠性與高安全性要求軟件有防錯(cuò)、避錯(cuò)的設(shè)計(jì)，有措施保證軟件具有提供可靠安全服務(wù)的能力。

2.2 彈載軟件質(zhì)量模型要求

彈載軟件的特點(diǎn)決定了彈載軟件與軟件6大質(zhì)量屬性的依賴關(guān)系是，功能性是所有軟件都必需的質(zhì)量元素； 對(duì)于彈載軟件系統(tǒng)，可靠性是一個(gè)至關(guān)重要元素； 彈載軟件大多為實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)，因此，效率也是一個(gè)重要的元素； 彈載軟件對(duì)可移植性的要求一般不高，因?yàn)槠涠鄶?shù)是針對(duì)特定的應(yīng)用需求或特定硬件系統(tǒng)定制開發(fā)； 彈載軟件的用戶一般是特定行業(yè)的專業(yè)人員，因此在易用性和維護(hù)性方面相較而言也沒有過高要求。

彈載軟件的質(zhì)量模型是參考GJB 5236提供的軟件質(zhì)量模型，并結(jié)合彈載軟件的質(zhì)量和應(yīng)用特點(diǎn)提出的。

2.3 彈載軟件質(zhì)量模型

2.3.1 質(zhì)量特性的評(píng)價(jià)技術(shù)

彈載軟件質(zhì)量模型的評(píng)價(jià)，以內(nèi)、外部質(zhì)量模型為基礎(chǔ)，以GJB 2434A-2004 《軍用軟件產(chǎn)品評(píng)價(jià)》為指導(dǎo)，在評(píng)價(jià)技術(shù)和度量元的選取上結(jié)合使用質(zhì)量(用戶評(píng)價(jià))的要求形成。表1為相關(guān)質(zhì)量特性對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)技術(shù)。

表1 相關(guān)質(zhì)量特性對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)技術(shù)Table 1 Evaluation technologies corresponding to relevant quality characteristics

2.3.2 度量元的選取及權(quán)重分配

根據(jù)彈載軟件及軟件測試的特點(diǎn)，基于GJB 5236對(duì)度量元進(jìn)行選取。為了對(duì)軟件質(zhì)量進(jìn)行量化的度量，對(duì)每個(gè)質(zhì)量特性、子特性及質(zhì)量屬性分配相應(yīng)的權(quán)重。權(quán)重分配遵循的原則是，保證分配的權(quán)重值能夠反映在集合中的比例關(guān)系，同一個(gè)集合中權(quán)重之和為固定值。

權(quán)重分配時(shí)考慮彈載軟件的特點(diǎn)，參考表1對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)技術(shù)，充分結(jié)合軟件代碼審查、靜態(tài)分析、規(guī)則檢查、黑盒測試及用戶滿意度評(píng)價(jià)的結(jié)果，對(duì)本文2.2節(jié)中重點(diǎn)關(guān)注的功能性、可靠性、效率這3個(gè)質(zhì)量特性分配權(quán)重和為75； 其余易用性、維護(hù)性、可移植性3個(gè)質(zhì)量特性的要求按照本文2.2節(jié)分析結(jié)果，分配的權(quán)重和為25。具體子特性和各個(gè)質(zhì)量屬性的權(quán)重分配采用專家排序法，同時(shí)結(jié)合作者多年工程經(jīng)驗(yàn)確定。

質(zhì)量特性權(quán)重分配為：={，，，，，}={30，25，10，20，10，5}，其中：為功能性權(quán)重;為可靠性權(quán)重;為易用性權(quán)重;為效率權(quán)重;為維護(hù)性權(quán)重;為可移植性權(quán)重。

表2為彈載軟件質(zhì)量模型結(jié)構(gòu)，括號(hào)中的數(shù)值為各級(jí)指標(biāo)權(quán)重值。在對(duì)某個(gè)彈載軟件度量時(shí)，如果不涉及某些度量元?jiǎng)t可以去除該度量元，剩余度量元的權(quán)重比例關(guān)系重新分配權(quán)重。

表2 彈載軟件質(zhì)量模型結(jié)構(gòu)及權(quán)重分配

3 對(duì)某彈載產(chǎn)品飛行控制軟件評(píng)價(jià)

3.1 軟件特征概述

某彈載飛行控制軟件集信息采集、計(jì)算、控制于一體，完成產(chǎn)品自檢、對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)航、穩(wěn)定控制、制導(dǎo)、濾波、引信控制等工作。

該軟件對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，是以系統(tǒng)算法和邏輯時(shí)序?yàn)闋恳旬a(chǎn)品的各分系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，保證系統(tǒng)控制流和信息流運(yùn)行通暢； 對(duì)影響時(shí)序的關(guān)鍵信號(hào)嚴(yán)格判斷，保證產(chǎn)品的可靠性； 是實(shí)時(shí)嵌入式控制系統(tǒng)軟件，采用事件觸發(fā)機(jī)制，只要產(chǎn)品計(jì)算機(jī)一加電，軟件即自動(dòng)運(yùn)行，處于等待處理外部事件的狀態(tài)，無需外部人員介入。

3.2 軟件測試及用戶評(píng)價(jià)信息

用戶要求以該項(xiàng)目軟件系統(tǒng)的內(nèi)、外部質(zhì)量特性，子特性檢測和度量的結(jié)果為參考，確定軟件整體的質(zhì)量特性。為此，檢測人員根據(jù)該軟件的需求規(guī)格說明文檔，共設(shè)計(jì)446個(gè)測試用例，覆蓋了功能性、可靠性、效率、可移植性，共發(fā)現(xiàn)25個(gè)問題； 易用性和維護(hù)性通過靜態(tài)分析、規(guī)則檢查和用戶評(píng)價(jià)采集相關(guān)信息，共提出7個(gè)問題。該項(xiàng)目的測試用例執(zhí)行情況如圖1所示。

圖1 測試用例執(zhí)行分布情況Fig.1 Test case execution distribution

易用性和可移植性數(shù)據(jù)情況如表3所示。軟件缺陷分布情況如圖2所示。

圖2 軟件缺陷分布情況Fig.2 Software defect distribution

表3 易用性和可移植性數(shù)據(jù)情況

3.3 度量公式

根據(jù)GJB 5236標(biāo)準(zhǔn)中的度量表，列出飛控軟件內(nèi)、外部質(zhì)量子特性度量公式分別為

=1-

(1)

式中：為不能滿足用戶要求的需求數(shù)；為需要滿足用戶要求的需求總數(shù)。

=

(2)

式中：為在規(guī)格說明或評(píng)價(jià)中已證實(shí)的需求數(shù)；為需要實(shí)現(xiàn)特定需求數(shù)。

度量結(jié)果說明：0≤≤1，越接近1越好。

當(dāng)度量元中只能獲取不能滿足用戶要求的需求數(shù)和需要滿足用戶要求的需求總數(shù)時(shí)，使用式(1)； 當(dāng)度量元中能夠獲取已證實(shí)的需求數(shù)和需要實(shí)現(xiàn)特定需求數(shù)時(shí)，使用式(2); 當(dāng)度量元中能夠能夠獲取具體度量值時(shí)，使用=具體值。

3.4 度量結(jié)果

結(jié)合測試用例及缺陷情況統(tǒng)計(jì)圖，使用式(1)或式(2)計(jì)算相應(yīng)的度量值，將其百分化。把計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，分別記入表4 飛行控制軟件質(zhì)量度量評(píng)價(jià)結(jié)果中的度量值一列，然后從右向左，加權(quán)計(jì)數(shù)，最終得出質(zhì)量的度量結(jié)果。

表4 飛行控制軟件質(zhì)量度量評(píng)價(jià)結(jié)果

通常，如果最終的度量值在90 分及以上，該軟件內(nèi)、外部質(zhì)量為“通過”； 70 分(含)～90分，為“基本通過”； 70分以下，為“不通過”。根據(jù)度量結(jié)果，確定該彈載飛控軟件整體的質(zhì)量特性評(píng)定為“通過”。

4 結(jié) 論

本文在對(duì)當(dāng)前國內(nèi)外有代表性的質(zhì)量度量模型進(jìn)行分析比較基礎(chǔ)上，對(duì)彈載軟件質(zhì)量的度量和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了探索研究。模型針對(duì)彈載軟件的特點(diǎn)、測試需求，結(jié)合軟件質(zhì)量度量標(biāo)準(zhǔn)，確定了適合于彈載軟件的質(zhì)量特性、子特性和度量元。以某彈載飛行控制軟件為例，根據(jù)軟件特點(diǎn)分解測試項(xiàng)和測試用例，并將質(zhì)量特性與評(píng)價(jià)方法對(duì)應(yīng)，尤其是將質(zhì)量子特性和動(dòng)態(tài)執(zhí)行結(jié)果建立聯(lián)系，通過度量公式完成度量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，本文給出的彈載軟件質(zhì)量模型合理有效，可用于彈載軟件質(zhì)量評(píng)價(jià)和過程控制。