CN102662841B - 一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对嵌入式系统的可靠性试验，提出一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法，该方法包括六大步骤：系统分析、系统任务分析、系统流程分析、核心剖面构造、概率信息确定以及软硬件可靠性剖面结合，构造了硬件可靠性剖面和软件可靠性剖面，并将这两类剖面进行切片，基于任务和时间两个结合点将切片进行组合，实现两类剖面之间的有效结合。本发明提出的可靠性综合试验剖面构造方法，能更加真实地体现嵌入式系统的真实使用情况，基于该综合试验剖面生成的被测嵌入式系统的可靠性试验数据，更加可靠，更加适用于系统的可靠性测试试验中，能够用于对被测嵌入式系统的失效分析中。

Description

一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法

技术领域

本发明应用于嵌入式系统的可靠性试验领域，具体是一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法。

背景技术

随着嵌入式系统在各个领域越来越广泛的应用，其系统的可靠性与安全性有着更高的要求。由于软硬件结合非常紧密，嵌入式系统的可靠性依赖于它的软件和硬件。然而目前软、硬件可靠性试验通常是分开进行的，相应的试验剖面也单独考虑。即使一起进行软硬件综合试验，所构造的软硬件可靠性试验剖面也并没有站在系统的角度考虑一致性，在此基础上收集的失效数据也就不能用于系统的可靠性评估。因此，有必要将软硬件可靠性试验剖面有效地结合起来，以真实地反应系统的工作环境。

对于硬件方面而言，其可靠性试验剖面已经有统一的标准GJB899A-2009，该标准附录B提供了方法制定试验剖面、应力量值及其变化率。国内也有学者对该标准进行了研究以及改善，如有学者研究了一种将实测应力和参考应力相结合设计可靠性试验剖面的方法。软件方面不同于硬件，相对不够成熟，比较常见的有Musa测试剖面和马尔科夫测试剖面等。Musa提供的操作剖面构造的工程化方法，以操作为最小单元自顶向下构造软件操作剖面。Whittaker和Prooe则是将Markov理论应用到了软件操作剖面的分析和开发中，提出基于Markov过程的操作剖面。另外还有学者提出了使用剖面的概念，它是Musa测试剖面的扩展，为其增加了动态的使用信息，使可靠性测试数据生成更加接近于真实使用。

目前，并没有针对嵌入式系统的进行软硬件综合的可靠性试验剖面构造方法，能够生成用于系统可靠性试验的数据，从而获得相应的失效数据。如此不但无法真实地反应嵌入式系统的工作环境，后续嵌入式系统的可靠性验证与评估也存在困难。

发明内容

本发明针对由于嵌入式系统的可靠性依赖于其软、硬件，目前缺少对嵌入式系统的进行软硬件综合的可靠性试验剖面构造的方法，使获得用于嵌入式系统可靠性试验的试验数据非常困难，提出了一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法。

本发明提出的一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法，具体包括如下步骤：

步骤1：系统分析，指对综合试验剖面的描述对象进行分析明确，描述对象包含被测系统、被测系统所处大系统(以下简称大系统)、交联系统以及用户。

步骤2：系统任务分析。它指针对大系统进行分析，收集其任务方面的资料。因此在这一步骤中，可以绘制硬件可靠性剖面中的任务剖面以及软件可靠性剖面中的系统任务剖面，因为它们描述的均为大系统的任务信息。

步骤3：系统流程分析。它描述流经系统主要状态迁移过程的路径，从大系统初始状态开始到系统终止状态结束，遍历其中所有基本流程和备选流程。系统流程分析是在大系统任务分析的基础上进一步深入，这一步可以绘制的是软件可靠性剖面中的系统状态剖面。

步骤4：核心剖面构造，核心剖面包括硬件可靠性剖面的环境剖面和试验剖面，以及软件可靠性剖面的软件状态剖面和软件操作剖面。

步骤4.1：确定环境剖面中的环境参数，根据环境剖面数据表绘制环境剖面。所述的环境剖面中主要的环境参数是温度、振动、温度和输入电压以及它们相应的持续时间。

步骤4.2：对环境剖面数据表进行简化，得到试验剖面数据表，根据试验剖面数据表绘制试验剖面。

步骤4.3：流程对应。首先，分析被测软件的所有状态，将被测软件的状态与被测系统所处大系统的状态对应，然后绘制软件状态剖面，用于描述被测软件的状态迁移过程。软件状态剖面采用UML状态图表示。一个被测系统所处大系统的状态对应一个以上被测软件的状态。

步骤4.4：数据交互分析。数据交互分析就是先将被测软件的输入数据分类，然后综合软件状态剖面来描述这些输入数据关于时间的分布情况，得到软件操作剖面，软件操作剖面采用UML时序图和类图表示。

步骤5：概率信息确定。首先，需要确定两类概率信息：大系统任务的执行概率；被测软件场景状态图中各状态转移过程的发生概率。然后，根据第一类概率信息，可以将各个大系统任务下的试验剖面按照附录B合成得到一个合成试验剖面。最后，综合这两类概率信息，可以得到软件可靠性剖面中各个测试场景的抽取概率。所述的测试场景的抽取概率等于从大系统任务到具体场景流程进行每一次概率抽取的所有概率乘积。

步骤6：软硬件可靠性剖面结合，具体是：按照任务阶段对硬件可靠性剖面的合成试验剖面进行切片，然后顺序选取切片，针对每个切片，找到该切片所处的任务阶段的所有测试场景，得到所找到的测试场景对应的软件可靠性剖面切片，将硬件可靠性剖面的切片与相应的软件可靠性剖面切片结合起来。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：利用本发明提出的软硬件综合的可靠性综合试验剖面构造方法，能更加真实地体现了嵌入式系统的真实使用情况，描述了在同一任务阶段下被测系统所受硬件应力的变化情况以及运行在被测软件输入随时间的变化情况。另外基于该综合试验剖面可以生成被测嵌入式系统的可靠性试验数据，所得的试验数据更加可靠，更加适用于系统的可靠性测试试验中，对被测系统的失效分析也有辅助作用。

附图说明

图1是本发明方法的软硬件可靠性剖面对应关系图；

图2是本发明综合试验剖面方法的构造流程图；

图3是本发明方法软件可靠性剖面中系统任务剖面的一个实例图；

图4是本发明方法软件可靠性剖面中系统状态剖面的一个实例图；

图5是本发明方法软件可靠性剖面中软件状态剖面的一个实例图；

图6是本发明方法软件可靠性剖面中软件操作剖面部分的一个实例图；

图7是本发明方法软件可靠性剖面中软件操作剖面另一部分的一个实例图；

图8是本发明方法硬件可靠性剖面中合成试验剖面的一个实例图；

图9是本发明方法软硬件可靠性剖面结合的一个实例图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细和深入描述。

本发明提出的一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法，包括硬件可靠性剖面和软件可靠性剖面，以及两者之间的有效结合，其中两者的结合方法是将这两类剖面进行切片，基于任务和时间两个结合点将切片进行组合。

由于硬件可靠性剖面的构造方法已经十分成熟，所以本发明中的硬件可靠性剖面主要是依照可靠性鉴定和验收试验标准GJB899A-2009来绘制，该标准附录B详细地描述了硬件环境条件的确定方法。硬件可靠性试验剖面的绘制流程是：首先确定任务剖面，接着基于任务剖面绘制相应的环境剖面，然后按照一定的规则对环境剖面进行简化得到试验剖面。对设计执行一种任务的设备，试验剖面与任务剖面和环境剖面是一一对应关系。对设计执行多项任务的设备，则应按照一定的规则将多个试验剖面合并，最后综合得出一个典型的合成试验剖面。合成试验剖面是直接供可靠性试验用的环境参数与时间的关系图。其中任务剖面侧重描述任务特性参数，而环境剖面侧重描述设备在使用过程中主要的环境参数与时间的关系，并在此基础上处理得到侧重描述供试验用的环境参数与时间关系的试验剖面。

本发明所提出的软件可靠性剖面根据现有的技术进行了改善，改善后的软件可靠性剖面测试输入按照一定的原则，能够和硬件可靠性剖面试验应力在时间上的变化情况达成一致。本发明中的软件可靠性剖面主要包括两大部分剖面：系统场景剖面和软件场景剖面。系统场景剖面包含系统任务剖面和系统状态剖面，分别通过系统任务分析和系统流程分析得来；接着分析软件流程并与系统流程对应起来，通过系统和软件之间的状态对应表来得到软件状态剖面，然后进行数据交互分析得到软件操作剖面，由软件状态剖面和软件操作剖面组成软件场景剖面。其中，系统任务剖面侧重描述被测系统所处大系统的任务分类情况，而各个任务的任务阶段划分及状态转移则由系统状态剖面描述；流程对应下来软件状态的转移路径则由软件状态剖面负责，软件操作剖面侧重描述的是在确定任务下状态转移所需的软件输入与时间的关系。

如图1所示，硬件可靠性剖面和软件可靠性剖面之间有着一定的对应关系，对于硬件可靠性剖面而言，从任务剖面到环境剖面再到试验剖面，各个任务的任务阶段及其持续时间是对应下来的。对于软件可靠性剖面而言，系统任务剖面与硬件可靠性剖面的任务剖面是任务对应的，同时每一个任务下的系统状态剖面到软件状态剖面再到软件操作剖面，所属任务阶段及其持续时间也是对应下来的。最终同一任务对应的试验剖面和软件操作剖面所属任务阶段及其持续时间是对应的。

在确定了相关概率信息后，硬件各个任务试验剖面按照一定的规则合成得到合成试验剖面，也就是最后的试验数据。而软件并非如此，概率信息是用于生成测试数据时对剖面的抽取，提取出的一个测试场景是一次为一个测试用例。综上所述，一个硬件试验剖面对应着同一大系统任务下的软件操作剖面。合成试验剖面则对应着各个任务下的软件操作剖面。

所以进行综合试验剖面构造时，两者不应该单独构造，而是按照对应关系一起构造，然后将两者结合起来。在一起构造过程中，大系统相关信息应该有所了解，比如执行任务、运行流程等。然后，从软、硬件两条线构造核心剖面，其中的对应关系应该保证。在此基础上，接下来，分别对软、硬件可靠性剖面进行切片，然后组合以将两者结合起来，使得两类切片能够在时间上对应起来，属于同一个系统使用情况。综上所述，综合试验剖面的构造整体思路为按照对应关系将硬件可靠性剖面、软件可靠性剖面并行构造，然后将构造完毕的两者结合起来。

硬件可靠性剖面切片与软件可靠性剖面切片各部分测试场景的对应服从一定的概率分布，将该概率称为结合概率(即软件可靠性剖面切片中测试场景的抽取概率)。下面给出本发明中所要用到的两个定义：

定义1：剖面切片就是按照一定任务阶段的原则对剖面进行分割的剖面部分。

定义2：结合概率就是在软件可靠性剖面切片中，某一测试场景部分与硬件可靠性剖面切片属于嵌入式系统同一使用情况的可能性。

如图2所示，为本发明的软硬件结合的综合试验剖面构造方法的流程示意图。主要包括六大步骤：系统分析、系统任务分析、系统流程分析、核心剖面构造、概率信息确定以及软硬件可靠性剖面结合。其中最后一步是整个构造流程核心所在，然而前面的步骤是基础，与这一步息息相关。其中硬件可靠性剖面的任务剖面、环境剖面、试验剖面和合成试验剖面绘制方法均参照GJB899A-2009标准，而软件可靠性剖面的系统任务剖面、系统状态剖面、软件状态剖面和软件操作剖面则借助UML建模工具绘制。下面详细介绍每一步骤。

步骤1：系统分析，是指对综合试验剖面的描述对象进行分析明确，描述对象包含被测系统、被测系统所处大系统、交联系统以及用户。这些信息可以通过阅读相关文档获得，例如研制任务书、需求文档等；还可以查阅相关资料，例如书籍、标准规范等。

步骤2：系统任务分析，是指针对大系统进行分析，收集其任务方面的资料。系统任务分析主要从三方面获得信息：一是系统设计方提供的相关资料，例如任务书、需求说明、任务剖面等；二是参考标准GJB899A-2009；三是查阅其他资料，并根据一些常识性信息，考虑低频率执行的任务情况。在这一步骤中可以得到硬件可靠性剖面中的任务剖面和软件可靠性剖面中的系统任务剖面，其中系统任务剖面用UML用例图表示。

步骤3：系统流程分析，描述流经系统主要状态迁移过程的路径，包含以下两个步骤：首先，分析不同任务下各个任务阶段对应的大系统状态，得到一个基本的大系统运行流程；然后，详细分析各个基本流程，将相应的备选流考虑进去。这一步可以绘制的是系统状态剖面，采用UML状态图表示。

步骤4：核心剖面构造，指的硬、软件可靠性剖面的核心剖面构造：环境剖面，试验剖面；软件状态剖面，软件操作剖面。任务剖面、系统任务剖面和状态剖面均是宏观上描述大系统的相关信息，本步骤则是进一步深入，分别描述硬件应力与软件输入与时间的关系。

步骤4.1：环境参数确定。为了准确绘制环境剖面，首先应编制环境剖面数据表，其中部分数据来源于任务剖面，部分数据则根据任务剖面提供的数据按标准GJB899A-2009附录B规定的方法计算得出。

步骤4.2：环境剖面简化，得到试验剖面。为体现硬件可靠性剖面的典型特性，按照标准GJB899A-2009的附录B中规定的原则对环境剖面数据进行简化，根据简化后的环境剖面数据绘制试验剖面。类似环境剖面，试验剖面在绘制之前也有相应的试验剖面数据表，试验剖面则是按照填写的试验剖面数据表进行绘制，描述某一任务剖面对应的被测系统典型环境条件。

步骤4.3：流程对应。首先分析软件需求，对被测软件功能有一定的了解，然后根据相关文档分析被测软件可能有的所有状态，将其与大系统状态(即大系统任务阶段)对应。通常一个大系统状态对应被测软件的一个或多个状态，可以填写一个流程对应表，最后分析得到被测软件的状态迁移过程，即软件状态剖面，采用UML状态图表示。

步骤4.4：数据交互分析。这一步骤是在流程对应的基础上，进一步分析被测软件与其他系统之间的数据交互情况，了解数据层的变化情况。数据交互分析就是先将软件输入数据分类，然后综合软件状态剖面来描述这些输入数据关于时间的分布情况，得到软件操作剖面，采用UML时序图和类图表示。

步骤5：概率信息确定，确定两类概率信息：大系统任务的执行概率；被测软件场景状态图中各状态转移过程的发生概率。第一类概率信息一般可以从以下几方面渠道获得：分析类似大系统执行任务情况，统计信息得到；查阅相关资料，根据经验分析判断得到；与被测系统设计方沟通协商得到。这类信息首先可用于按照附录B将各个大系统任务下的试验剖面合成，得到一个合成试验剖面。

各状态转移过程的发生概率与任务执行概率一样，也是频率的估计值，可根据相关资料和经验自行判断出一个大概的值，再与开发方进行协商。进行软件测试场景抽取时，首先应该根据任务的执行概率随机抽取大系统任务，接着在所抽取的大系统任务下，根据状态转移概率抽取具体的场景流程。所以各个场景抽取概率应等于从任务到具体流程进行每一次概率抽取的所有概率乘积。

步骤6：软硬件可靠性剖面结合，是指将构造的软硬件可靠性剖面按照规则进行切片组合，具体介绍如下：

步骤6.1：将硬件可靠性剖面的合成试验剖面与各个大系统任务的环境剖面进行对比，确定合成试验剖面中所含大系统的任务阶段，然后将合成试验剖面按照任务阶段不同切为多个切片，并将硬件可靠性剖面的切片分开描述出来；

步骤6.2：按照时间顺序选取切片，确定当前切片处于大系统哪一个任务阶段，接着在软件可靠性剖面中找到含有该任务阶段的所有测试场景，并确定各测试场景的抽取概率信息；

步骤6.3：分析步骤6.2中找到的当前切片对应的软件可靠性剖面中的所有测试场景在该任务阶段的软件输入数据情况，即确定软件可靠性剖面切片。本发明方法中设定软件可靠性剖面中各个任务下的相应任务阶段持续时间与对应的硬件可靠性剖面的切片中的持续时间一致。

步骤6.4：将当前切片与步骤6.3得到的软件剖面切片结合起来，概率分布情况则是根据步骤6.2来获得。

步骤6.5：重复步骤6.2至步骤6.4，直至所有硬件可靠性剖面的合成试验剖面均已与软件可靠性剖面切片对应完毕。由这一子步骤6.5所得到的所有切片的组合就是综合试验剖面中软硬件可靠性剖面的结合部分。为了使软硬件可靠性剖面结合的描述显得更加直观，本发明采用与硬件可靠性剖面类似的方法来进行描述，具体见下面实例，如图9所示。

通过这六大步骤得到的综合试验剖面主要适用于系统的可靠性试验，它更加真实的反应了系统使用情况，描述了在整个系统使用过程中，硬件所受环境应力随时间的变化情况以及与此同时软件输入随时间的激励情况。该综合试验剖面不仅在可靠性试验前用于可靠性试验数据生成，还可以用于可靠性试验后对系统进行可靠性分析和评估。

下面列举实例来说明本发明综合试验剖面构造方法的可行性和有效性。以某型飞机发动机数控制系统的电子控制器作为实例，数控软件是该数控系统的核心，运行在嵌入式电子控制器中。数控系统通过数控软件完成先进的、复杂的控制规律的计算，实现对发动机的控制。对于实例研究中的某些运行过程及参数，在此进行了简化处理，具体构造过程如下：

A.系统分析

通过系统分析，可以对被测系统和被测软件有一个宏观的了解，相关信息确定如下：

1)被测系统：被测系统指的是被测软件所在的能够完成软件任务需求的最小嵌入式单元，所以数控软件的载体电子控制器为实例中的被测系统，数控软件为被测软件。

2)大系统：电子控制器的控制对象为发动机，而发动机的运行情况又与飞机息息相关，因此大系统为飞机系统。

3)交联系统：是指与被测系统进行交互的系统，本发明实施例中与电子控制器进行交互的主要为控制用传感器以及监视系统，因此交联系统为控制用传感器及监视系统。

4)用户：对于飞机而言，主要用户有飞行员和地勤人员，因此与被测系统存在数据交互的用户也是飞行员和地勤人员。

B.系统任务分析

通过阅读相关资料，可以知道飞机典型的飞行任务包括：飞行训练、空投和卸货三种。其中飞行训练任务的任务剖面如表1所示，该剖面即为被测系统硬件可靠性剖面的一个任务剖面。

表1飞机飞行训练任务的任务剖面

任务阶段	阶段高度(km)	马赫数(Ma)	持续时间(min)
				地面慢车	0	0	60
起飞	0	0.5	1
				爬升	0.3～11	0.5	4
巡航	11	0.74	160
				下降	11～0.3	0.35	12
进场和着陆	0	0	2

而由于从用户的角度来看，被测系统的使用人员可以分为地勤人员和飞行员两种。经过分析，地勤人员对被测系统的使用主要有：维护和湿运转。这两种任务被执行的概率比较小，但是仍然需要考虑进来。显然，执行这两种任务时，飞机是处于地面的，其高度和马赫数均为0。所以，对于数控软件而言，其可靠性剖面中的系统任务剖面如图3所示。

C.系统流程分析

一般而言，飞行训练任务的任务阶段有：地面慢车，起飞，爬升，巡航，下降，进场和着陆6个阶段，相应的在飞行训练任务中，飞机的状态便有：地面状态，起飞状态，爬升状态，巡航状态，下降状态，进场和着陆状态6个状态。其中，经过爬升阶段后，如果没有达到巡航高度，需要继续爬升，具体状态转移过程如图4所示，该图即为数控软件可靠性剖面在飞行训练任务下的系统状态剖面。

D.核心剖面构造

在这一个步骤当中，将得到以下四种剖面：硬件可靠性剖面中的环境剖面和试验剖面，软件可靠性剖面中的软件状态剖面和软件操作剖面。具体构造如下：

1)环境参数确定

环境剖面由环境剖面数据表绘制而来。而在环境剖面数据表中，通常包含：任务阶段，持续时间，高度，马赫数，机舱温度，温度变化率，振动应力W₀和W₁，相对湿度，设备状态以及输入电压等。通过表1任务剖面提供的高度、马赫数和持续时间，按标准附录B规定的方法得出剩余7项数据，得到环境剖面数据表如表2所示。

由于对于硬件可靠性剖面而言，合成试验剖面才是最终的剖面，因此在此不展示具体的环境剖面图，如有需要根据环境剖面数据表绘制即可。

表2电子控制器硬件可靠性剖面中的环境剖面数据表(飞行训练任务)

2)环境剖面简化

按照标准附录B提到的简化原则，对上面的环境剖面数据表进行简化，即可得到飞行训练任务下的试验剖面数据表，如表3所示，同样，在此不展示具体的试验剖面图。

表3电子控制器硬件可靠性剖面中的试验剖面数据表(飞行训练任务)

3)流程对应

从这一步骤开始，数控软件的软件可靠性剖面从软件级的层次进行构造。首先针对数控软件进行需求分析。根据相关文档可知数控软件可能有的所有控制状态为：待机状态，干运转状态，地面起动状态，地面慢车状态，起飞状态，爬升状态，巡航状态，慢车状态，反推慢车状态，停车状态，湿运转状态，维护状态。在飞行训练任务下，分析数控软件的控制状态与飞机状态的对应关系，得到状态对应表4如下所示：

表4状态对应表

飞机状态	数控软件控制状态
		慢车	待机状态-干运转状态-待机状态
起飞	起飞状态
		爬升	爬升状态
巡航	巡航状态
		下降	巡航状态-慢车状态
进场和着陆	反推慢车状态-停车状态-待机状态-干运转状态-待机状态

结合图4和表4可以得到数控软件可靠性剖面的软件状态剖面如图5所示。

4)数据交互分析

通过分析，将数控软件的输入分为三类：飞行员操作相关输入，交联系统相关输入以及环境相关输入。为了描述方便，对大部分输入进行了简化，简单示例用类图表示如图6所示。

分析图5中每次状态转换所需的软件输入，再结合图6，可以得到飞行训练任务下，数控软件输入随时间的变化情况，如图7所示。从图7中可以看到，数控软件首先接受环境信息以及改变轮载信号，然后由飞行员启动干运转模式同时数控软件实时采集由监控系统发来的监控数据，接着由飞行员起动发动机，推动油门杆使发动机慢车、起飞、爬行状态等。如此类图加上顺序图则构成了数控软件的操作剖面。

E.概率信息确定

由图3可知，飞行训练任务、空投任务和卸货任务可能被执行的概率分别为：0.5，0.3，0.2，也就是这三个任务对应的试验剖面合成的加权因子。按照标准附录B提供的方法得到电子控制器硬件合成试验剖面如图8所示。从图8中可以看出，例如在前三十分钟电子控制器是不工作的，施加的温度应力为-46℃，从30分钟到37分钟每分钟5℃提高，到37分钟时刻，温度应力为-11℃，然后从37分钟到60分钟保持-11℃的温度应力，后面以此类推；而振动应力则是从60分钟开始施加量值为0.24g²/HZ到61分钟，从61分钟到132.5分钟施加应力量值为0.1g²/HZ，后面也是以此类推。

而由图3和图5可知，飞行训练任务下其基本流的抽取概率为：

0.7×0.5×0.9＝0.315    (11)

其备选流的抽取概率为：

0.7×0.5×0.1＝0.035    (12)

F.软硬件可靠性剖面结合

软硬件可靠性剖面结合是按照任务阶段原则对硬件可靠性剖面进行切片，然后顺序选取切片与软件可靠性剖面进行对应，得到软件可靠性剖面切片。在这里选取起飞和爬升阶段的硬件可靠性剖面切片，如图9所示。

从图9中可以看出，起飞和爬升阶段的起始时间为60min，持续时间为6min，温度有-11℃升到19℃，振动量值首先持续一分钟为0.24g²/Hz，剩余五分钟为0.1g²/Hz。所以，起飞持续时间应为1min。对于数控软件而言，飞行训练任务下其软件状态剖面的基本流和备选流均含有起飞和爬升阶段，抽取概率(也就是合成概率)分别为0.315和0.035。

将用时序图表示的软件操作剖面起飞和爬升部分转化为图9所示形式，并结合类图即可得到飞行任务下软件可靠性剖面切片，然后综合概率信息可得到飞行训练任务下的两个测试场景与所选硬件可靠性剖面切片的结合。从图中可以看出，基本流和备选流切片部分的结合概率并不一样，并且由于流程不一样，爬升消息的输入随时间的变化也不一样。

当然，图中硬件可靠性剖面切片对应的软件可靠性剖面切片不应该只有飞行任务下的，还应该包含其他任务下对应起飞和爬升阶段的切片，在此作了一定的简化。

针对图9中的结合实例进行数据生成，其中硬件剖面切片即为试验数据，而软件剖面切片还需随机抽取，如果抽到基本流，则得到数据如下所示(相关数据进行了简化)：

表5基于电子控制器综合试验剖面生成的数据

在第一个时段中，硬件试验数据方面，温度应力由-11℃上升到-6℃，变化率为5℃/min，振动应力为0.24(m/s²)²/Hz，即起飞振动量值，可知该时段为飞机起飞段，发动机处于起飞状态；此时软件测试数据方面，油门杆角度为120°，高度为0km，无飞机轮载信号以及马赫数为0.5，这些数据所对应的发动机状态正是起飞状态。第二个时段类似，硬件试验数据和软件测试数据均对应着发动机的爬升状态。

由此可见，基于综合试验剖面生成的系统可靠性试验数据中硬件试验数据和软件测试数据是属于同一系统使用情况下的，验证了本发明提出的综合试验剖面构造方法的有效性和可行性。

通过上述电子控制器的实例分析可知，本发明提出的综合试验剖面构造方法更加真实地体现了系统的真实使用情况，描述了在同一任务阶段下被测系统所受硬件应力的变化情况以及运行在被测软件输入随时间的变化情况。

该综合试验剖面不但考虑了系统软硬件的可靠性关系，还考虑了其软件在系统中的核心功能实现对系统的影响。另外基于该综合试验剖面可以生成系统的可靠性试验数据，对系统的失效分析也有辅助作用。

Claims (2)

1.一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 

步骤1：系统分析，明确综合试验剖面中的描述对象，描述对象包含：被测系统、被测系统所处大系统、交联系统以及用户；所述的被测系统是指被测软件所在的能够完成软件任务需求的最小嵌入式单元； 

步骤2：对被测系统所处大系统的任务分析，绘制硬件可靠性剖面中的任务剖面以及软件可靠性剖面中的系统任务剖面，所述的任务剖面以及系统任务剖面描述的是被测系统所处大系统的任务信息； 

步骤3：系统流程分析，描述流经被测系统所处大系统主要状态迁移过程的路径，从被测系统所处大系统初始状态开始到被测系统所处大系统终止状态结束，遍历其中所有基本流程和备选流程，在该步骤中绘制软件可靠性剖面中的系统状态剖面； 

步骤4：核心剖面构造，核心剖面包括硬件可靠性剖面的环境剖面和试验剖面，以及软件可靠性剖面的软件状态剖面和软件操作剖面；步骤4具体包括下面四个步骤： 

步骤4.1：确定环境剖面中的环境参数，根据环境剖面数据表绘制环境剖面；所述的环境参数包括温度、振动和输入电压以及温度、振动和输入电压相应的持续时间； 

步骤4.2：对环境剖面数据表进行简化，得到试验剖面数据表，根据试验剖面数据表绘制试验剖面； 

步骤4.3：首先，分析被测软件的所有状态，将被测软件的状态与被测系统所处大系统的状态对应，然后绘制软件状态剖面，用于描述被测软件的状态迁移过程；一个被测系统所处大系统的状态对应一个以上被测软件的状态； 

步骤4.4：数据交互分析，先将被测软件的输入数据分类，然后综合软件状态剖面来描述输入数据关于时间的分布情况，得到软件操作剖面； 

步骤5：首先，确定两类概率信息：第一类是被测系统所处大系统任务的执行概率，第二类是被测软件场景状态图中各状态转移过程的发生概率；然后，根据第一类概率信息，将各个大系统任务下的试验剖面合成，得到一个合成试验剖面；最后，综合两类概率信息，得到软件可靠性剖面中各个测试场景的抽取概率，各个测试场景的抽取概率等于从被测系统所处大系统任务到具体场景流程进行每一次概率抽取的所有概率乘积； 

步骤6：软硬件可靠性剖面结合，具体是：按照任务阶段对硬件可靠性剖面的合成试验剖面进行切片，然后顺序选取切片，针对每个切片，找到该切片所处的任务阶段的所有测试场景，得到所找到的测试场景对应的软件可靠性剖面切片，将硬件可靠性剖面的切片与相应的软件可靠性剖面切片结合起来。 

2.根据权利要求1所述的一种软硬件结合的可靠性综合试验剖面构造方法，其特征在于，所述的步骤6具体包括如下步骤： 

步骤6.1：将硬件可靠性剖面中的合成试验剖面与各个被测系统所处大系统任务的环境剖面进行对比，确定合成试验剖面中所含被测系统所处大系统的任务阶段，然后将合成试验剖面按照不同的任务阶段进行切片； 

步骤6.2：按照时间顺序选取切片，确定当前切片处于被测系统所处大系统的哪一个任务阶段，接着在软件可靠性剖面中找到含有该任务阶段的所有测试场景，并确定测试场景的抽取概率； 

步骤6.3：分析在步骤6.2中找到的当前切片对应的所有测试场景在该任务阶段的软件输入数据，得到相应的软件可靠性剖面切片；设定软件可靠性剖面中各个任务下的相应任务阶段持续时间与对应的硬件可靠性剖面的切片中的持续时间一致； 

步骤6.4：将当前切片与步骤6.3得到的软件可靠性剖面切片结合起来，测试场景的抽取概率根据步骤6.2获得； 

步骤6.5：重复步骤6.2至步骤6.4，直至所有合成试验剖面中的切片都与软件可靠性剖面切片对应完毕，最终所得到的所有切片的组合就是综合试验剖面中软硬件可靠性剖面的结合部分。