Stefan Kauer 29.01.2013 Qualitätssicherung bei der Entwicklung sicherheitskritischer Software

Stefan Kauer

29.01.2013

Qualitätssicherung bei der Entwicklung sicherheitskritischer Software

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Sicherheitskritische SW / Stefan Kauer

Januar 2013

Begriff

• Fehlerhaftes Verhalten oder Ausfall des Geräts kann zu Verlust von Menschenleben oder Sachgütern von erheblichem Wert führen

• Stufen der Kritikalität (Level A, B, C, D, E oder 1,2,3 je nach Standard, z.B. flight critical, mission critical, …)

• Verschiedene Einstufungen je nach (militärischem oder zivilen) Standard

• Kritikalität bestimmt– Welche Tätigkeiten – Wie durchzuführen– Wie zu dokumentieren– Tool-Qualifikation– …



Januar 2013

Art der Geräte

• Elektronische Komponenten für militärische Fluggeräte (Hubschrauber, Flugzeuge, ...)

• sicherheitskritisch

• zertifiziert entsprechend Zertifizierungsprozess (bezieht sich auf ganzes Gerät: (mechanisch / elektrisch / SW / ... )

• sehr lange Betriebszeit (10-30 Jahre)– Wartung – Weiterentwicklung– Archivierung „alter" Tools / Rechner... – Single Source / Obszolesenz-Probleme / Management – …

• embedded (Entwicklungssystem Zielsystem!)



Januar 2013

Art der Geräte

• eingeschränkte HW aufgrund Zertifizierung und anderer Randbedingungen

• oft keine user interaction (dafür Interface zu anderem HW-Modul / -gerät)

• Zusätzlich bei Projekten im Gegensatz zu Produkten:– kundenspezifisch– special purpose - das Gerät kann nichts, was nicht benutzt wird, also nicht „universell",

„alles-in-einem“– geringe Stückzahlen (einige 100)

• …



Januar 2013

Avioniksystem

Main ComputerBus Controller

Device 1 Device n….

Avionic Bus

….

Redundanz bei Geräten und BusMC überwacht Geräte per BIT-MeldungMC überwachen sich gegenseitig…



Januar 2013

Avioniksystem

interner Bus

Gerät

Boards



Januar 2013

Avioniksystem

HW- CPU (GPU, DSPs, MC)- Speicher (RAM, ROM, flash, Video, spezial, ….)- FPGA, CPLD, ASIC, …- spezial HW- interner Bus- I/O-…

Board

SW- Boot-ROM- FW- Treiber- BSP- OS- Application SW-…



Januar 2013

Ebenen

• Avioniksystem

• Gerät

• Board

• Modul

• …

• Auf jeder Ebene gibt es Anforderungen und entsprechende Tests



Januar 2013

Qualität - Begriffe

• Äußere Qualität – auch Ergebnisqualität– Kunden- bzw. Benutzersicht– Erfüllung der (Kunden)Requirements bzw. der Spezifikation

• Innere Qualität – auch Struktur- und Prozessqualität– Entwicklersicht– Was sind unsere Qualitätsziele?



Januar 2013

Qualitätsziele / -kriterien

• Portierbarkeit (Portability)

• Performanz (Performance / Efficiency)

• Lesbarkeit (Readability)

• Wartbarkeit (Maintainability)– Fehlerspeicher

– Wartungszugänge (z.B. serielle Schnittstelle RS232)

• Änderbarkeit (Changeability)

• Zuverlässigkeit (Reliability) – Selbsttest- / Diagnose-Funktionen (PBIT, IBIT, CBIT)– Life sign / Watchdog– …

• Robustheit (Robustness)– Inputs prüfen

• Sicherheit (Safety / Security)

• Wiederverwendbarkeit (Reusability)



Januar 2013

Qualitätsziele / -kriterien

• Testbarkeit (Testability)

• Verwendbarkeit (Usability)

teilweise widersprechende Ziele

Priorisierung nötig Bei jeder Designentscheidung alle Kriterien bewerten (Qualitätsbewusstsein)

• Compliance: Dokumentation muss mit Gerät übereinstimmen– „Fehler zugeben“ - concession / deviation– nicht erfüllbare Requirements nennen



Januar 2013

Maßnahmen zur Qualitätssicherung

• Standardisierung in allen Entwicklungsphasen– Planung– Projektmanagement– Requirements Engineering– Architektur / Design– Implementierung (coding-Standards)– Tests / Abnahmen– Problem- und Änderungs-Management– Konfigurations-Management (Versionen / HW / SW / Konfig.-Stand / Umgebung / …)– Dokumentation / Archivierung



Januar 2013

Maßnahmen zur Qualitätssicherung

• Prozessorientierung– In house Standard, z.B. V-Modell (tailoring), flyXT– Von customer / purchaser, z.B. EFA-Standard– Übergreifend, z.B. DO178B, DoD-STD-2167A

• Reviews auf allen Ebenen und in allen Phasen

• Traceability („Verfolgbarkeit“, „Durchgängigkeit“)– Zwischen Requirements der Ebenen n und n+1– Zwischen Tests und Requirements der Ebene n – Zwischen Requirements der niedrigsten Ebene (low level Requirements) und

Implementierung– Zwischen Änderung der Implementierung und Change Request oder Problem Report– …



Januar 2013

Test / Integration / Abnahme

• SW-Module– Entwickler-Tests– Unit Tests (White Box Tests) – nach Testplan, möglichst automatisiert -> Code

Coverage Ziel: bis zu 100% (je nach Kritikalität) mit Code Inspection– Code Walk Through -> Einhaltung der Codier-Regeln

• Integration der SW-Module auf Board– freie Tests– Requirement based tests (black box tests) - nach Testplan, möglichst automatisiert

(traceability)– Test für jeden gefixten Fehler durchführen

• Integration der boards im Gerät– freie Tests– Requirement based tests (black box tests) - nach Testplan, möglichst automatisiert– Formale Abnahme (konfigurierte Testdaten u. -umgebung / Protokoll

• Integration der Geräte in Avioniksystem



Januar 2013

Fehlerbehandlung

• Formale Erfassung / Verfolgung / Bearbeitung

• Toolgestützt

• Integriert mit Versionskontrollsystem

• Vorgehen1. Ist es ein Fehler? Welches Requirement ist verletzt?2. Reproduzieren3. Analysieren3. Eventuell reparieren, Testfall entwickeln, testen, dokumentieren



Januar 2013

Fehlerverfolgung

open

occurance

describe / assign

new

accept

accepted

reassign

reject

closedreopen

fix

fixedverify

verify not fixed



Januar 2013

Tools

• Requirements-Engineering

• Design / Codegen (?)

• Versions- Konfigurationskontrolle mit integrierter Fehlerverfolgung

• Compiler

• Coverage (Testabdeckung Unit Test)

• Coding Standard Checker

• Re-Engineering: Erzeugung Klassen / Paket / Modul-Diagramme

• Generator für Schnittstellen-Beschreibung

• …

• Tool-Qualifikation - schwierig



Januar 2013

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