ARINC664標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證基本方法研究

寧毅

摘 要：該研究主要依據(jù)ARINC664P7標(biāo)準(zhǔn)的要求，針對(duì)需求展開驗(yàn)證方法的研究。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中涉及到的需求，需要相應(yīng)的開發(fā)互操作性規(guī)范和數(shù)據(jù)加載規(guī)范等，來明確ARINC664P7中定義的需求，以充分地滿足這些需求，并使得這些需求可以更好地得到驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：ARINC664 符合性驗(yàn)證 網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：V243.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（b）-0007-02

目前，HAWK Horizon，F(xiàn)D728 jet、Embraer 170190、Gulf stream等支線及公務(wù)機(jī)、B787、A380、A350等先進(jìn)干線機(jī)[1]，以及我國正在發(fā)展的大型客機(jī)C919，均采用了綜合化模塊化航電（IMA）系統(tǒng)。而目前民機(jī)IMA系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通常采用ARINC664網(wǎng)絡(luò)。

ARINC664技術(shù)是基于IEEE802.3以太網(wǎng)和TCP/IP通用原理，利用商用貨架（COTS， Commercial Off The Shelf）網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的一種開放性的網(wǎng)絡(luò)體系，它實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速通信，與普通商用以太網(wǎng)最大的不同點(diǎn)在于ARINC664采用了虛擬鏈路技術(shù)和冗余管理技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头?wù)質(zhì)量。

那么如何保證航空數(shù)據(jù)的正確完整傳輸，如何確保采用的這些通信協(xié)議技術(shù)是可靠的，就需要針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的要求展開研究，以確保使用的技術(shù)符合正確的標(biāo)準(zhǔn)要求和標(biāo)準(zhǔn)的正確要求。同時(shí)要對(duì)整理和產(chǎn)生的需求進(jìn)行測(cè)試，以證明這些設(shè)計(jì)是符合預(yù)期要求的。

1 ARINC664網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

作為根據(jù)航空電子系統(tǒng)集成的實(shí)際情況進(jìn)行了優(yōu)化的通信協(xié)議，ARINC664協(xié)議是一個(gè)完整的協(xié)議，按層次可以劃分為物理層、鏈路層（MAC，Media Access Control）、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（OSI，Open System Interconnect）模型，其分層如下。

（1）物理層：物理層是連接到網(wǎng)絡(luò)的硬件，ARINC664使用四絞屏蔽電纜，支持10/100 M帶寬，物理層介質(zhì)必須滿足飛機(jī)環(huán)境（例如，震動(dòng)、耐熱、電磁兼容）的要求。

（2）MAC層：實(shí)現(xiàn)物理鏈路的虛擬通道管理和MAC層的冗余管理功能，虛擬通道管理將每個(gè)MAC對(duì)應(yīng)的物理鏈路劃分為多個(gè)邏輯鏈路。

（3）IP層：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包尋址和路由，完成數(shù)據(jù)包的分片、重組功能。

（4）UDP層：UDP層向底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解析來自一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包的傳輸是無連接、無應(yīng)答的。

（5）應(yīng)用層：負(fù)責(zé)提供與主機(jī)系統(tǒng)的接口。ARINC664網(wǎng)絡(luò)采用隊(duì)列、采樣端口和SAP端口服務(wù)，與ARINC653-1標(biāo)準(zhǔn)兼容。應(yīng)用程序通過這些端口發(fā)送消息。每個(gè)ARINC664端口與一個(gè)本地UDP端口相對(duì)應(yīng)。

2 符合性驗(yàn)證方案

2.1 驗(yàn)證方法

驗(yàn)證是通過檢查和提供客觀證據(jù)，證實(shí)規(guī)定的需求已經(jīng)得到滿足。驗(yàn)證的目標(biāo)在于檢查是否符合規(guī)格說明，是否滿足規(guī)定的功能和非功能需求。DO-178C定義了3種驗(yàn)證方法：評(píng)審（Review）、分析（Analyses）和測(cè)試（Testing）。

評(píng)審和分析適用于軟件開發(fā)過程和軟件驗(yàn)證過程的輸出。評(píng)審提供一個(gè)正確的定量評(píng)估，進(jìn)而分析提供正確的可重復(fù)證據(jù)。評(píng)審使用一個(gè)檢查單或類似的輔助手段作為指導(dǎo)來對(duì)軟件要素進(jìn)行評(píng)價(jià)，以查出軟件要素中可能存在的問題。分析則可詳細(xì)檢查軟件部件的功能、性能、可追蹤性和安全性，以及它與網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備中其他部件的關(guān)系。

測(cè)試是軟件驗(yàn)證最重要的一個(gè)手段，是對(duì)軟件質(zhì)量的度量。它有兩個(gè)互為補(bǔ)充的目標(biāo)，一是證明軟件滿足其需求，二是以高置信度證明可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全性評(píng)估過程所確定的、不可接受的失效情況的錯(cuò)誤已被消除。

2.2 符合性驗(yàn)證階段策略

該策略定義了各階段具體的、可展開的實(shí)際驗(yàn)證工作。

2.2.1 符合標(biāo)準(zhǔn)的需求開發(fā)

在依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求開發(fā)需求時(shí)，需結(jié)合相關(guān)的航空電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和ARINC標(biāo)準(zhǔn)中的需求來編制符合標(biāo)準(zhǔn)要求的具體需求。標(biāo)準(zhǔn)中的需求可以進(jìn)行分解，分解成獨(dú)立的更詳細(xì)的可測(cè)試需求。這些分解的需求可以更好地完成ARINC標(biāo)準(zhǔn)中需求的完整要求。開發(fā)的這些需求將通過評(píng)審、分析和測(cè)試的手段在需求開發(fā)階段和基于需求的測(cè)試階段被驗(yàn)證過程所驗(yàn)證，以證明所開發(fā)的產(chǎn)品或者產(chǎn)品中適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求是符合標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際要求的，且使用的這些要求是正確的。

2.2.2 確認(rèn)與評(píng)審工作

需求確認(rèn)與評(píng)審是展開標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證工作的必要前提。它們保證了需求的正確性、完整性、一致性、準(zhǔn)確性和可測(cè)試性。

2.2.3 編制詳細(xì)驗(yàn)證計(jì)劃

對(duì)于驗(yàn)證計(jì)劃的開發(fā)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中的軟件測(cè)試部分。驗(yàn)證計(jì)劃的編制需要參照DO-178C的驗(yàn)證計(jì)劃模板，至少需要涵蓋驗(yàn)證計(jì)劃定義、驗(yàn)證方法定義、各方責(zé)任、驗(yàn)證環(huán)境、重要節(jié)點(diǎn)以及工作的輸入、輸出。

2.2.4驗(yàn)證矩陣

驗(yàn)證矩陣是整個(gè)驗(yàn)證過程中最核心的追溯數(shù)據(jù)。它實(shí)際上是一個(gè)基于需求的表格。

2.2.5 編制詳細(xì)測(cè)試計(jì)劃

當(dāng)確定對(duì)需求的驗(yàn)證需要采用測(cè)試方法時(shí)，為更合理地使用測(cè)試資源，需要編制詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃。該計(jì)劃在測(cè)試過程中會(huì)不斷更新，計(jì)劃中應(yīng)詳細(xì)描述測(cè)試對(duì)象、職責(zé)、覆蓋范圍、測(cè)試目標(biāo)等測(cè)試內(nèi)容，和測(cè)試環(huán)境、配置要求等。

2.2.6 測(cè)試用例

測(cè)試用例的開發(fā)可對(duì)需求的內(nèi)部一致性和完整性提供進(jìn)一步的評(píng)估。測(cè)試用例是后續(xù)測(cè)試流程編制的依據(jù)，其數(shù)量與質(zhì)量對(duì)測(cè)試質(zhì)量有重大影響。

測(cè)試用例的設(shè)計(jì)原則是：應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)盡可能多地發(fā)現(xiàn)被測(cè)試對(duì)象的缺陷，尤其是高發(fā)生概率缺陷的用例，而不是設(shè)計(jì)證明軟件或者產(chǎn)品功能正確的用例。測(cè)試用例文檔應(yīng)包含測(cè)試編號(hào)（測(cè)試順序）、測(cè)試目標(biāo)、測(cè)試需求、測(cè)試內(nèi)容（正?；螋敯魷y(cè)試）、測(cè)試輸入、測(cè)試預(yù)期結(jié)果。測(cè)試用例的設(shè)計(jì)需考慮其測(cè)試的充分性和完備性，需建立測(cè)試用例同測(cè)試需求的映射關(guān)系，明確測(cè)試對(duì)需求的覆蓋率。設(shè)計(jì)原則涉及到測(cè)試用例的配置管理。

2.2.7 測(cè)試程序

測(cè)試程序是實(shí)際測(cè)試過程中最直接的依據(jù)，測(cè)試程序的執(zhí)行可提供符合需求的演示和證明。測(cè)試展開前應(yīng)按測(cè)試功能編制測(cè)試程序，內(nèi)容需要包括需求編號(hào)、與測(cè)試需求的追溯性、測(cè)試的有效范圍、被測(cè)系統(tǒng)配置、測(cè)試系統(tǒng)配置、預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間、測(cè)試人員、開發(fā)人員、詳細(xì)的測(cè)試步驟、測(cè)試腳本的開發(fā)、測(cè)試報(bào)告形式、問題描述追蹤等。這里涉及到詳細(xì)的測(cè)試程序需要開發(fā)的屬性，該研究報(bào)告沒有詳細(xì)開發(fā)測(cè)試程序的模板。下文展開了一個(gè)簡(jiǎn)單開發(fā)的測(cè)試程序。這里涉及到測(cè)試程序、測(cè)試報(bào)告、問題報(bào)告單的配置管理。

2.2.8 測(cè)試執(zhí)行

根據(jù)測(cè)試程序文檔的規(guī)定以及詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃，實(shí)際測(cè)試執(zhí)行過程中需要完成測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)備、測(cè)試場(chǎng)景的配置、按步驟完成測(cè)試、評(píng)估并記錄測(cè)試結(jié)果、編制測(cè)試報(bào)告等。

2.2.9 測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告中需要包含測(cè)試的需要、有效性以及待測(cè)試對(duì)象的一致性、測(cè)試配置、測(cè)試結(jié)果、需要的細(xì)節(jié)描述、問題報(bào)告等。

2.2.10 測(cè)試綜述

測(cè)試完成后需要對(duì)測(cè)試結(jié)果和符合性證明編制測(cè)試綜述文件。綜述文件中應(yīng)包含所參考的驗(yàn)證計(jì)劃以及對(duì)重要偏離的描述、最終的驗(yàn)證符合性矩陣、對(duì)存在的問題開口項(xiàng)的描述、支持?jǐn)?shù)據(jù)、驗(yàn)證覆蓋度總結(jié)（需求覆蓋分析和結(jié)構(gòu)覆蓋分析結(jié)果）和符合性分析總結(jié)（標(biāo)準(zhǔn)符合性結(jié)果與原因）等。

3 結(jié)語

需針對(duì)ARINC664P7上的需求進(jìn)行提取，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)需求符合性矩陣，以確保所有標(biāo)準(zhǔn)中明確的需求都得到驗(yàn)證。實(shí)際在需求提取、需求確認(rèn)、需求分解、驗(yàn)證方法分配的過程中，需要對(duì)提取出的需求進(jìn)行詳細(xì)地分析，以使提取出的需求能夠更好地得到分解、驗(yàn)證和配置管理并進(jìn)行功能性類別的劃分，以確保后續(xù)測(cè)試用例和測(cè)試程序的開發(fā)。

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