新能源商用車控制軟件質(zhì)量提升研究

李 勇，汪 偉，彭再武，馬超文，劉昆朋，文 多

(1.中車時代電動汽車股份有限公司，湖南 株洲 412000； 2.長沙中車智馭新能源科技有限公司，長沙 410000)

隨著新能源城市客車等商用車在我國逐漸普及，以及新能源車“新四化”的發(fā)展，軟件產(chǎn)品在新能源汽車領(lǐng)域占比呈急劇上升趨勢。更加復(fù)雜的電子電氣架構(gòu)、頻繁的需求變更、愈加嚴(yán)格的安全要求以及小批量周期短的開發(fā)環(huán)境，不僅增加了商用車軟件開發(fā)的難度，而且對商用車軟件質(zhì)量的保證提出了更高的要求。針對商用車車型多、批量小、周期短的特點，如何實現(xiàn)軟件快速迭代的同時保證軟件質(zhì)量，已成為商用車軟件產(chǎn)品開發(fā)必須重視和面對的課題。為此，本文從建立軟件開發(fā)流程體系、自動化測試及軟件質(zhì)量度量3個方面進(jìn)行研究。

1 建立軟件開發(fā)流程體系

建立軟件的開發(fā)流程體系就是建立軟件的質(zhì)量門。按照新版IATF16949標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，軟件開發(fā)流程必須符合ASPICE或CMMI標(biāo)準(zhǔn)要求。軟件開發(fā)活動過程中的每個步驟缺一不可,且開發(fā)周期相對于商用車產(chǎn)品開發(fā)周期過長，無法滿足商用車車型多、需求變更頻繁、周期短的要求。因此，為了實現(xiàn)軟件快速迭代的同時保證軟件質(zhì)量，必須根據(jù)商用車軟件產(chǎn)品的特點，對軟件開發(fā)“V”流程進(jìn)行裁剪。

在獲取到車型訂單的軟件產(chǎn)品需求后(一般包括配置和控制平臺信息)，開始進(jìn)行軟件開發(fā)需求的定義。通過控制平臺信息可以確定此車型訂單的基版軟件，通過配置信息與基版軟件的匹配可以獲取此車型訂單的軟件開發(fā)需求。通常情況下，經(jīng)過與基版軟件的匹配后，可以將此車型訂單的軟件開發(fā)需求歸納為3種類型：功能新增、功能優(yōu)化以及配置變更。根據(jù)這3種類型的開發(fā)需求對軟件開發(fā)“V”流程進(jìn)行裁剪，裁剪表見表1。其中有關(guān)裁剪說明如下：

1) 軟件集成及測試。新增功能模塊可能會在架構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行調(diào)整，比如新增接口，此時軟件集成及測試必須進(jìn)行且不可裁剪；優(yōu)化功能模塊只是算法或參數(shù)的優(yōu)化，不涉及架構(gòu)的改變，做完單元測試后可酌情不進(jìn)行軟件集成及測試。

2) 系統(tǒng)測試(HIL測試用例庫測試)。商用車車型配置雖然變更很大，但是控制平臺是相對穩(wěn)定的。因此，通過建立平臺化的HIL測試用例庫，對3種類型的軟件開發(fā)質(zhì)量有極大的保證。通過新增HIL測試用例庫，不僅可以驗證新增功能模塊的正確性，也可以快速驗證其架構(gòu)設(shè)計有沒有影響其他功能實現(xiàn)；通過優(yōu)化HIL測試庫中對應(yīng)的優(yōu)化功能模塊的測試，快速驗證優(yōu)化功能模塊的正確性和獨立性；通過配置變更選用不同的HIL測試用例庫，可以快速驗證配置參數(shù)的正確性。

3) 相關(guān)功能實車測試。通過系統(tǒng)測試(HIL測試用例庫測試)，新增功能模塊和優(yōu)化功能模塊在實車測試時進(jìn)行有針對性的測試，不僅可以保證測試質(zhì)量，還可以縮短測試周期；在實車資源緊張的情況下，配置變更的軟件開發(fā)活動在經(jīng)過系統(tǒng)測試(HIL測試用例庫測試)后，可以酌情裁剪相關(guān)功能實車測試。

軟件產(chǎn)品開發(fā)活動過程中重視“上游工序”是構(gòu)成軟件質(zhì)量保證的核心思路。為保證上述軟件開發(fā)活動有效實施，針對軟件開發(fā)活動過程特別制定了軟件質(zhì)量門管理程序，包括軟件產(chǎn)品分類要求、軟件質(zhì)量門清單、軟件產(chǎn)品質(zhì)量門分級決策及職責(zé)定義、軟件質(zhì)量門評審內(nèi)容定義等。對于軟件開發(fā)過程，需要注重的是過程質(zhì)量，為此，制定了軟件開發(fā)過程質(zhì)量指標(biāo)，主要包括客戶需求變更次數(shù)、配置點檢準(zhǔn)確率、評審缺陷覆蓋率、測試需求覆蓋率及訂單車輛軟件變更率這5大指標(biāo)，涵蓋了開發(fā)過程和運維過程的軟件質(zhì)量度量。

表1 軟件開發(fā)“V”流程裁剪表

注：++不可裁剪，+ 酌情裁剪，o可裁剪。

2 軟件開發(fā)及自動化測試

針對商用車軟件產(chǎn)品需求變更頻繁、周期短的特點，為了讓所開發(fā)的軟件產(chǎn)品更加易于變更、維護(hù)和管理，必須采用更加高效的分布式開發(fā)方式[2]。規(guī)范的軟件開發(fā)環(huán)境是軟件開發(fā)高效高質(zhì)的前提，主要包括以下幾個方面：

1) 按照ASPICE或ISO26262標(biāo)準(zhǔn)要求[3]，在開發(fā)階段配置相應(yīng)的軟件開發(fā)工具鏈，搭建一體化的開發(fā)、仿真、測試平臺，如圖1舉例所示方案，主要包括虛擬仿真測試能力和硬件在環(huán)測試能力兩個部分。硬件在環(huán)測試將控制器總成與被控對象模型進(jìn)行集成，完成部件級、系統(tǒng)級以及整車級的功能測試、故障注入測試以及復(fù)雜工況循環(huán)測試等，如圖2所示。

圖1 一體化仿真測試平臺方案

圖2 硬件在環(huán)測試能力

2)建立統(tǒng)一的軟件開發(fā)規(guī)范、測試環(huán)境及測試用例庫，以保證軟件產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量[4-6]。軟件開發(fā)規(guī)范包括控制算法建模規(guī)范、控制算法模型參數(shù)配置規(guī)范、控制算法編碼裁剪規(guī)范、控制算法模型命名規(guī)范以及軟件測試流程規(guī)范。測試用例庫(部分)見表2。

表2 測試用例庫

3) 控制軟件持續(xù)集成平臺。持續(xù)集成是指軟件開發(fā)成員經(jīng)常性(每天)的工作集成。每次集成都通過自動化的測試來驗證，從而盡快地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤和問題[7]?？刂栖浖掷m(xù)集成平臺按照持續(xù)集成思想對仿真測試平臺所涉及的相關(guān)工具鏈和測試項目進(jìn)行無縫集成、自動化調(diào)用和管理。持續(xù)集成平臺建設(shè)的主要目標(biāo)包括：

① 實現(xiàn)后臺自動化測試功能。針對甲方現(xiàn)有控制軟件開發(fā)測試工具，實現(xiàn)后臺人工或自動定時觸發(fā)調(diào)用相關(guān)測試軟件進(jìn)行自動化測試[8]。

② 實現(xiàn)測試需求及問題管理功能。針對控制軟件開發(fā)測試過程中需求和問題的記錄、追溯、提交及匯報，包括MIL、SIL和HIL等過程迭代開發(fā)中的歷史問題管理以及產(chǎn)品售后現(xiàn)場的問題管理。

控制軟件持續(xù)集成平臺界面功能模塊如圖3所示。

圖3 控制軟件持續(xù)集成平臺界面功能模塊

4) 建成后的控制軟件持續(xù)集成平臺主要有以下功能：

① 平臺管理。主要包括軟件持續(xù)集成項目管理、人員及權(quán)限管理和郵件設(shè)置等。

② 工具鏈集成。主要包括自動調(diào)用已有的仿真測試平臺工具鏈，執(zhí)行軟件的代碼生成、編譯、下載、靜態(tài)檢查、動態(tài)測試、HIL測試等工作。對于自動調(diào)用的測試工具，應(yīng)提供配置界面，方便配置測試工具的功能特性參數(shù)。同時，應(yīng)根據(jù)工具鏈license數(shù)量和應(yīng)用場景提供合理的license管理策略，具體包括人工申請(SVN觸發(fā))優(yōu)先、閑時全負(fù)荷運行、用即分配、不用即釋放等，避免license被過度占用。

③ 測試配置管理。包括創(chuàng)建、修改和刪除測試配置，保存后生成測試配置文件。平臺允許有多個測試配置文件，但僅有一個全局測試配置文件[9]。

④ 需求管理。包括需求收集、需求轉(zhuǎn)化、需求變更、需求狀態(tài)管理、需求關(guān)聯(lián)關(guān)系管理、需求導(dǎo)入導(dǎo)出及需求報表生成等。

⑤ 測試管理。包括測試用例管理、測試知識庫管理、測試問題管理、漏測分析、關(guān)聯(lián)關(guān)系管理、測試報表生成等。

⑥ 自動測試。圖4為自動化測試的典型功能。

圖4 自動化測試典型功能

通過上述一體化開發(fā)平臺的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件高效開發(fā)，提升軟件產(chǎn)品快速響應(yīng)市場的能力。

3 控制軟件質(zhì)量度量

軟件質(zhì)量直接影響軟件的使用與維護(hù)，對軟件質(zhì)量進(jìn)行客觀、科學(xué)地評價貫穿于軟件整個生命周期，與軟件開發(fā)過程并行實施，對軟件開發(fā)過程中的質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)測量，揭示軟件質(zhì)量的當(dāng)前狀態(tài)，估計軟件質(zhì)量的后續(xù)走勢，是為企業(yè)、需方和評價方提供量化的軟件質(zhì)量管理的有力手段，從而精確地控制軟件產(chǎn)品的質(zhì)量[10]。目前車輛軟件質(zhì)量度量多利用實車驗證及工程師主觀評價的方法進(jìn)行，尚無獨立的客觀評價方法。

基于長期的軟件開發(fā)實踐，本文提出了車用控制軟件質(zhì)量客觀度量的方法[11]，如圖5所示。質(zhì)量客觀度量系統(tǒng)所包括的4個單元簡要介紹如下：

圖5 控制軟件質(zhì)量客觀度量系統(tǒng)原理圖

1) 用戶接口單元。主要為軟件開發(fā)工程師、軟件測試工程師、大數(shù)據(jù)分析工程師和軟件質(zhì)量度量工程師提供接口，是軟件測試管理單元、車輛大數(shù)據(jù)管理單元和軟件質(zhì)量度量單元的統(tǒng)一接口，分別執(zhí)行軟件上傳、測試請求發(fā)起、測試用例編寫、測試觸發(fā)、大數(shù)據(jù)管理與分析、軟件質(zhì)量度量模型設(shè)計[12]等工作。

2) 軟件測試管理單元。該單元即是第2部分所述的軟件測試管理單元，主要用于生成軟件開發(fā)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)。

3) 車輛大數(shù)據(jù)管理單元。通過車載終端采集到的車輛控制單元發(fā)出的車輛運行數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)管理單元，由大數(shù)據(jù)分析工程師進(jìn)行分析，獲得結(jié)構(gòu)化的軟件運維過程質(zhì)量數(shù)據(jù)。典型數(shù)據(jù)如訂單車輛軟件變更次數(shù)/率。

4) 軟件質(zhì)量度量單元。該單元與軟件測試管理單元和車輛大數(shù)據(jù)管理單元部署在同一以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。軟件質(zhì)量度量單元通過網(wǎng)絡(luò)獲取上述軟件開發(fā)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)和軟件運維過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用質(zhì)量數(shù)據(jù)處理函數(shù)處理后，分配到標(biāo)準(zhǔn)符合性、功能符合性、性能符合性、可靠性、可維護(hù)性等5個質(zhì)量度量屬性中[13]，并采用特定的質(zhì)量度量算法和質(zhì)量度量權(quán)重對軟件從上述5個維度進(jìn)行質(zhì)量度量，形成最終的軟件質(zhì)量度量結(jié)果，并自動生成軟件質(zhì)量度量報告，通過郵件或網(wǎng)頁形式向相關(guān)用戶進(jìn)行展示。

典型的軟件質(zhì)量度量流程圖如圖6所示。選取標(biāo)準(zhǔn)符合性、可靠性、功能性以及維護(hù)性作為軟件質(zhì)量度量特性；分配相應(yīng)的權(quán)重都為25%。如通過獲取開發(fā)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)和軟件運維過程質(zhì)量數(shù)據(jù)計算出當(dāng)前輪次的標(biāo)準(zhǔn)符合性、可靠性、功能性、維護(hù)性分別得100分、50分、88分、94分；則得出當(dāng)前輪次的軟件質(zhì)量綜合得分為100×25%+50×25%+88×25%+94×25%=83分。

圖6 軟件質(zhì)量度量流程圖

4 結(jié)束語

在實際項目中應(yīng)用上述方法進(jìn)行相關(guān)軟件產(chǎn)品的開發(fā)，一定程度上可以輔助企業(yè)對車用軟件產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量進(jìn)行全面客觀把握，提升軟件質(zhì)量，減少批量問題。但由于上述方法涉及的面非常廣，所搭建的自動化測試平臺以及質(zhì)量度量系統(tǒng)在通用化和全面推廣方面還有一定局限性，后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化方案設(shè)計和平臺搭建，實現(xiàn)其通用化以便推廣。