航天型號(hào)軟件工程方法與技術(shù)

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?jī)?nèi)容 5
1.2 航天實(shí)施軟件工程的必要性 9
1.2.1 軟件質(zhì)量問(wèn)題影響型號(hào)任務(wù)成敗 9
1.2.2 航天型號(hào)軟件研制面臨挑戰(zhàn) 14
第2章 航天型號(hào)軟件工程化的要素和方法 16
2.1 航天型號(hào)軟件的分類(lèi) 16
2.2 航天型號(hào)軟件工程的核心要素 17
2.2.1 軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程 18
2.2.2 軟件開(kāi)發(fā)方法 26
2.2.3 軟件工程工具 29
2.3 航天型號(hào)軟件工程的管理內(nèi)容 33
2.3.1 策劃管理 33
2.3.2 需求管理 33
2.3.3 過(guò)程追蹤與監(jiān)控 33
2.3.4 配置管理 33
2.3.5 過(guò)程與產(chǎn)品質(zhì)量保證 33
2.3.6 外協(xié)管理 34
2.3.7 評(píng)審管理 34
2.3.8 文檔管理 34
2.3.9 開(kāi)發(fā)工具的使用管理 34
第3章 國(guó)外航天型號(hào)的軟件工程化情況 35
3.1 軟件過(guò)程改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)踐 39
3.2.1 NASA軟件研制的管理體系 40
3.2.2 NASA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與流程 40
3.3 ESA軟件工程化實(shí)踐 48
3.3.1 ESA軟件研制的管理體系 49
3.3.2 ESA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與流程 51
第4章 國(guó)內(nèi)航天型號(hào)軟件工程化情況 57
4.1 航天型號(hào)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(dòng)探索期 58
4.2.2 全面實(shí)施期 59
4.2.3 鞏固發(fā)展期 59
4.2.4 軟件工程化成績(jī) 60
4.3 載人航天工程軟件工程化標(biāo)準(zhǔn)體系 61
4.3.1 管理規(guī)定 62
4.3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 63
第5章 航天型號(hào)軟件研制過(guò)程 66
5.1 技術(shù)流程分類(lèi) 66
5.1.1 新研軟件技術(shù)流程 67
5.1.2 沿用軟件技術(shù)流程 67
5.1.3 參數(shù)修改軟件技術(shù)流程 68
5.1.4 適應(yīng)性修改軟件技術(shù)流程 69
5.2 系統(tǒng)級(jí)分析與設(shè)計(jì) 70
5.2.1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 71
5.2.2 分系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 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(nèi)容 78
5.3.3 出口準(zhǔn)則 79
5.4 軟件設(shè)計(jì) 80
5.4.1 概要設(shè)計(jì) 80
5.4.2 詳細(xì)設(shè)計(jì) 82
5.5 軟件實(shí)現(xiàn) 84
5.5.1 輸入與輸出 84
5.5.2 工作內(nèi)容 85
5.5.3 出口準(zhǔn)則 86
5.6 軟件測(cè)試 86
5.6.1 軟件集成測(cè)試 86
5.6.2 軟件配置項(xiàng)測(cè)試 88
5.7 系統(tǒng)測(cè)試 89
5.7.1 軟件系統(tǒng)測(cè)試 89
5.7.2 系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 91
5.8 驗(yàn)收交付 93
5.9 運(yùn)行維護(hù) 93
5.9.1 輸入與輸出 93
5.9.2 工作內(nèi)容 93
5.9.3 出口準(zhǔn)則 94
第6章 系統(tǒng)級(jí)分析與設(shè)計(jì) 95
6.1 概述 95
6.2 系統(tǒng)分解方法 96
6.2.1 產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu) 96
6.2.2 功能流框圖 97
6.2.3 軟件結(jié)構(gòu)HIPO圖 98
6.3 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 99
6.3.1 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)定義 100
6.3.2 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證 101
6.3.3 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái) 102
6.4 軟件復(fù)用與外購(gòu) 104
6.4.1 已有軟件復(fù)用過(guò)程 104
6.4.2 軟件復(fù)用技術(shù) 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(lèi)型 112
7.1.3 需求分析原則 113
7.2 結(jié)構(gòu)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(shuō)明 118
7.2.4 實(shí)體-關(guān)系圖 118
7.2.5 數(shù)據(jù)對(duì)象描述 119
7.2.6 狀態(tài)遷移圖 119
7.3 面向?qū)ο蟮男枨蠓治龇椒?119
7.3.1 面向?qū)ο蠓治龇椒ǜ攀?120
7.3.2 識(shí)別分析類(lèi)和對(duì)象 122
7.3.3 定義類(lèi)之間的關(guān)系 123
7.3.4 標(biāo)識(shí)類(lèi)的屬性和服務(wù) 124
7.4 軟件需求管理 126
7.4.1 內(nèi)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(shè)計(jì) 131
8.1 概述 131
8.2 軟件設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)方法 135
8.3.1 面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法 135
8.3.2 面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 140
8.3.3 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)圖形工具 143
8.4 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法 147
8.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與對(duì)象設(shè)計(jì) 148
8.4.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 148
8.4.3 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)工具 150
8.5 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 151
第9章 軟件實(shí)現(xiàn) 153
9.1 概述 153
9.1.1 編程語(yǔ)言分類(lèi) 153
9.1.2 編程語(yǔ)言的選擇 155
9.2 編程風(fēng)格與編碼規(guī)范 156
9.2.1 程序設(shè)計(jì)風(fēng)格 156
9.2.2 C語(yǔ)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(duì)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(cè)試 170
10.1 概述 170
10.1.1 測(cè)試策劃 170
10.1.2 測(cè)試設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 170
10.1.3 測(cè)試執(zhí)行 171
10.1.4 測(cè)試總結(jié) 171
10.2 測(cè)試方法 172
10.2.1 靜態(tài)測(cè)試 172
10.2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試 172
10.3 軟件單元測(cè)試 179
10.3.1 單元測(cè)試的內(nèi)容 180
10.3.2 單元測(cè)試的方法 182
10.4 軟件集成測(cè)試 187
10.4.1 集成測(cè)試的內(nèi)容 188
10.4.2 集成測(cè)試的方法 188
10.5 軟件配置項(xiàng)測(cè)試 190
10.5.1 功能測(cè)試 190
10.5.2 性能測(cè)試 190
10.5.3 接口測(cè)試 191
10.5.4 人機(jī)交互界面測(cè)試 191
10.5.5 強(qiáng)度測(cè)試 191
10.5.6 余量測(cè)試 192
10.5.7 恢復(fù)性測(cè)試 192
10.5.8 安裝性測(cè)試 193
10.5.9 邊界測(cè)試 193
10.5.10 安全性測(cè)試 193
10.5.11 互操作性測(cè)試 194
10.5.12 敏感性測(cè)試 194
10.5.13 數(shù)據(jù)處理測(cè)試 194
10.5.14 容量測(cè)試 195
10.6 系統(tǒng)測(cè)試 195
10.6.1 軟件系統(tǒng)測(cè)試 195
10.6.2 系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證 195
10.7 回歸測(cè)試 196
10.8 第三方測(cè)評(píng) 196
10.9 軟件測(cè)試工具 197
10.9.1 靜態(tài)分析工具 197
10.9.2 單元測(cè)試工具 199
10.9.3 嵌入式軟件白盒測(cè)試工具 200
10.9.4 測(cè)試管理工具 201
第11章 軟件運(yùn)行維護(hù) 202
11.1 概述 202
11.1.1 軟件維護(hù)的定義 202
11.1.2 影響維護(hù)工作量的因素 203
11.1.3 軟件可維護(hù)性 204
11.2 軟件維護(hù)的實(shí)施 207
11.2.1 維護(hù)機(jī)構(gòu) 207
11.2.2 維護(hù)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(guān)鍵軟件定義 215
12.1.2 安全關(guān)鍵軟件開(kāi)發(fā)難點(diǎn)和挑戰(zhàn) 216
12.2 安全關(guān)鍵軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程 217
12.2.1 軟件安全計(jì)劃 219
12.2.2 系統(tǒng)/分系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 220
12.2.3 軟件安全性需求開(kāi)發(fā) 232
12.2.4 軟件安全性設(shè)計(jì) 246
12.2.5 軟件安全性實(shí)現(xiàn) 250
12.2.6 軟件安全性測(cè)試 250
12.2.7 軟件運(yùn)行維護(hù) 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(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證 252
12.3.1 軟件可靠性分配與預(yù)計(jì) 252
12.3.2 軟件可靠性設(shè)計(jì) 255
12.3.3 軟件可靠性分析 256
12.3.4 軟件可靠性測(cè)試 258
12.3.5 軟件可靠性評(píng)估 259
第13章 軟件項(xiàng)目管理與計(jì)劃 262
13.1 概述 262
13.2 軟件項(xiàng)目管理過(guò)程 262
13.2.1 啟動(dòng)軟件項(xiàng)目 263
13.2.2 成本估算 263
13.2.3 風(fēng)險(xiǎn)分析 263
13.2.4 進(jìn)度安排 264
13.2.5 追蹤和控制 264
13.3 軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 264
13.3.1 計(jì)劃初始階段 264
13.3.2 制訂軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃 265
13.3.3 對(duì)軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃進(jìn)行審查和批準(zhǔn) 265
13.3.4 實(shí)施軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃 265
13.3.5 軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的度量和評(píng)價(jià) 265
13.3.6 修改軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃 265
13.4 軟件開(kāi)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(jìn)度安排 272
13.5.1 制訂開(kāi)發(fā)進(jìn)度計(jì)劃 273
13.5.2 進(jìn)度安排的圖形方法 273
13.5.3 追蹤與控制 274
13.6 風(fēng)險(xiǎn)管理 274
13.6.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別 274
13.6.2 風(fēng)險(xiǎn)估算 275
13.6.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 275
13.6.4 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與應(yīng)對(duì) 275
第14章 配置管理 277
14.1 概述 277
14.1.1 術(shù)語(yǔ)和定義 278
14.1.2 配置管理庫(kù) 280
14.1.3 配置管理的組織和職責(zé) 281
14.2 配置管理流程 282
14.2.1 制訂配置管理計(jì)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(bào)告 291
14.2.6 配置審核 292
14.3 技術(shù)狀態(tài)控制 293
14.3.1 系統(tǒng)級(jí)分析與設(shè)計(jì) 293
14.3.2 軟件需求分析 293
14.3.3 軟件設(shè)計(jì) 294
14.3.4 軟件實(shí)現(xiàn) 294
14.3.5 軟件測(cè)試 294
14.3.6 驗(yàn)收交付 295
14.3.7 運(yùn)行維護(hù) 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(xiàng) 297
第15章 軟件質(zhì)量保證 299
15.1 概述 299
15.2 質(zhì)量保障組織機(jī)構(gòu) 299
15.3 質(zhì)量保證流程 300
15.3.1 制訂軟件質(zhì)量保證計(jì)劃 302
15.3.2 實(shí)施軟件質(zhì)量保證活動(dòng) 303
15.3.3 不符合項(xiàng)處理 306
15.3.4 質(zhì)量保證維護(hù) 307
15.4 軟件評(píng)審 307
15.4.1 評(píng)審的分類(lèi) 307
15.4.2 評(píng)審原則 309
15.4.3 評(píng)審計(jì)劃 309
15.4.4 評(píng)審流程 309
第16章 模型驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)方法 311
16.1 概述 311
16.2 模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu) 315
16.3 體系結(jié)構(gòu)描述語(yǔ)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(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)方法的關(guān)鍵技術(shù) 325
16.4.1 需求分析 325
16.4.2 面向領(lǐng)域的建模語(yǔ)言語(yǔ)義擴(kuò)展 326
16.4.3 模型轉(zhuǎn)換 329
16.4.4 代碼生成 329
16.4.5 基于模型的驗(yàn)證技術(shù) 330
16.4.6 部署與重構(gòu) 330
16.5 工具支持 331
16.5.1 商業(yè)工具 331
16.5.2 開(kāi)源工具 332
16.5.3 領(lǐng)域模型驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)環(huán)境研制 336
16.6 小結(jié) 337
第17章 形式化軟件開(kāi)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(yù)期 343
17.3 形式化軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程 343
17.3.1 軟件系統(tǒng)刻畫(huà)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(hù)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(xué)模型 348
17.5.2 離散和連續(xù)域的數(shù)學(xué)模型 349
17.6 形式化規(guī)格說(shuō)明 353
17.6.1 形式化規(guī)范語(yǔ)言 353
17.6.2 形式化規(guī)范語(yǔ)言風(fēng)格 355
17.6.3 形式化規(guī)范和生命周期的關(guān)系 355
17.6.4 檢測(cè)形式化規(guī)格說(shuō)明中的錯(cuò)誤 356
17.6.5 形式化規(guī)格說(shuō)明的效用 358
17.7 形式化分析 360
17.7.1 自動(dòng)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(yàn)證工具 364
17.8.2 定理證明工具 365
17.9 小結(jié) 365
17.9.1 應(yīng)用類(lèi)型 366
17.9.2 規(guī)模和結(jié)構(gòu) 366
17.9.3 類(lèi)型選擇 366
17.9.4 形式化級(jí)別 366
17.9.5 使用范圍 366
17.9.6 工具支持 366
參考文獻(xiàn)