符合ISO26262标准的软件测试解决方案

符合ISO26262标准的软件测试解决方案随着汽车行业的迅速发展，汽车电子电器E/E系统在汽车中的作用不断提高，ECU开发所占用的时间和成本也越来越高。与此同时，越来越多的电子控制系统（例如车身稳定控制系统ESP，防抱死制动系统ABS，自适应前照明系统AFS等）具有与安全相关的功能，因此对ECU的安全要求也越来越高。为了减少产品的开发时间和成本，降低由于安全问题而导致的维护甚至召回的风险，越来越多的整车厂和供应商开始重视汽车领域的功能安全问题，ECU软件功能安全的问题也成为汽车行业迫切需要解决的问题，车辆功能安全标准ISO26262就在这样的环境和需求下应运而生，并于2011年11月正式发布第一版本，该标准是当前汽车业中最流行、最复杂、也是最重要的一份标准。

ISO26262的目标是通过避免汽车E/E系统故障行为可能导致的危害来提高E/E系统的功能安全。ISO26262采用车辆安全完整性等级（ASIL）来判断系统的功能安全程度，ASIL由ASILA（最低）、ASILB、ASILC及ASILD（最高）四个等级组成，ASIL等级越高表示系统的功能安全评估越严格,相应的表示系统正确执行安全功能，或者说的避免该功能出错的概率越高，即系统的安全可靠性越高。

ISO26262标准的组成架构由十个规范和信息指导文件组成，其中ISO26262—4/5/6阐述的是系统级/硬件级/软件级的产品开发，使用嵌套的V模型定义了每个开发阶段的过程以及相应的工作产品。本解决方案主要阐明了在软件级产品开发阶段如何去理解ISO26262的要求，并且指出了在实际的软件开发过程中如何结合ISO26262的软件测试生命周期，通过包括软件测试工作的执行以及过程控制等方面来确保ECU软件质量满足ISO26262软件级功能安全相应等级的要求。基于V模式的ISO26262软件测试生命周期

如图所示，基于V模式的ISO26262-6软件测试生命周期可以划分为五个阶段：静态分析需求和功能需求：在软件级产品开发初始化阶段和软件安全需求规范制定阶段确定了一些基本的嵌入式软件静态分析需求和功能需求，这部分内容是以后设计和测试的基础；架构验证：在软件架构设计阶段，我们可以使用人工分析的方式来验证和测试软件架构层的内容，但是有条件的话最好使用合适的架构设计工具，在设计的过程中同时进行架构验证；静态测试：在软件单元设计和实现阶段同时进行静态测试，可以使用开发辅助工具来进行静态测试，这样不必因为静态测试的活动而改变开发流程。动态测试：在软件单元测试阶段以及软件集成和测试阶段，使用合适的动态测试工具进行动态单元和集成测试，功能验证：在软件安全需求验证阶段，要根据ISO26262-6的要求进行功能验证，包括进行ECU网络环境测试和实车测试，必要的时候进行HIL测试。

因为在静态分析需求中所需要满足的方法基本上都是属于静态测试的范畴的，因此我们以ASILA为例，将软件测试内容分为静态测试、动态测试和功能验证三部分（注：架构验证暂时未包含在内），见下表。

表中所列举的静态测试内容里面要求采取多种的测试方法，例如‘低复杂度的强制要求’一般需要通过满足一定的度量指标来实现，度量指标包括圈复杂度、嵌套深度等等，而‘使用语言的子集’在汽车行业一般选择MISRA-C，通过强制使用编码规范来排除未定义行为或者实现定义行为等危险用法，除此之外静态测试还要求一些其他的测试方法，例如如果要满足更高的安全完整性等级的话，静态测试内容还需要包括运行时错误检测等，一般需要使用可靠性测试性的测试。

ASILA所要求的动态测试要求能够基于需求分析和设计测试用例，因此需要在开发过程中提供对需求管理的支持，同时要求能够针对函数或模块提供覆盖度分析等。如果是更高等级的ASIL的话可能还需要进行不同环境的测试，例如模型在环测试（MIL）和软件在环测试（SIL），并在必要的情况下进行MIL和SIL的对比测试。

软件安全需求的测试环境需要根据ASIL等级来进行选取，并且至少要在一个以上不同环境内执行测试。ASILA所要求的ECU网络测试包括了网络中各ECU之间的相互作用，目的是确保ECU之间没有引起功能故障的相互干扰，而实车测试则是在真正的ECU软件运行环境中进行测试的方式，根据功能安全需求规范来进行，可以最直观地反映出ECU软件是否能够满足定义的功能安全需求。当然在必要的时候还需要进行硬件在环测试（HIL），通过仿真控制系统中传感器和执行器的硬件(Hardware)电气特性，为嵌入式控制器构建起一个控制回路(Loop)，从而可以方便的在其中模拟被控对象的工作环境，对ECU的算法进行功能验证和测试。

针对前面划分的ISO26262所关注的静态测试、动态测试和功能验证的要求，下面我们就来看一下解决方案中如何来满足这些需求。符合ISO26262标准的静态测试

在静态测试中，静态分析主要包括规则检测和质量度量；可靠性测试主要进行运行时错误的检测。

同时，在TPT中可以满足ISO26262基于功能设计测试用例的需求，包括分析建立场景、定义测试用例组件、确定场景组合、生成测试用例等。符合ISO26262标准的网络测试和HIL测试

不论是AUTOSAR还是OSEK，都把网络作为整个软件结构的基础，因此对网络的验证放在功能验证之前进行，ISO26262也在最低功能安全等级ASILA里面就提出了网络环境测试的需求。

网络测试是功能测试的基础，在上面有应用层的时候，在做应用层验证之前，先进行网络验证。

现在网络已经越来越复杂，CAN、LIN，一般都有三四十个节点，汽车里面有很多总线的环境，最底下是物理层（CAN-驱动），在CAN的物理层之上有很多应用层的协议栈，利用Vector的HIL测试系统——VT，再基于Vector另一个工具CANoe的优势可以很好的进行协议栈的仿真，实现网络测试的需求。

HIL测试一般可以分为两种情况，一是基于真实负载的测试，另一种是在极端情况下或者说在自动化环境下更常用的是实用方针负载进行测试。不论是真实负载还是仿真负载，最重要的一点就是构建自动化的仿真环境出来，Vector的VT系统能够提供模块化的测试接口设备，为供电环境、总线接口、传感器激励和仿真负载等提供相应的模块来搭建测试环境。CANoe基于它先天的网路仿真的测试功能，再加上VT系统可以帮助我们简化测试平台的搭建以及测试执行的过程，并将测试能力扩展到HIL和功能测试。符合ISO26262标准的实车测试

不论是代码测试、模型测试还是网络测试或者HIL测试，基本都是偏研发的测试，除此之外在研发后期还需要实车测试。传统实车测试需要专门驾驶员和一些测试人员到现场进行测试并采集数据，而现在比较流行的远程测试则是通过在车上加装一些远程监控设备，将测试系统在测试过程中产生的数据通过远程传输的方式发送到数据后台，并且在测试过程中不仅可以记录测试数据，还能根据测试的要求远程下载测试任务，例如更新需要采集的数据等，我们提供的德国CarMediaLab公司的产品Flea就可以实现这种功能。

车辆实时采集的数据主要是总线信息，需要在分析过程中和工况结合起来，而在进行离线分析时还可以与TPT结合起来。北汇信息能够提供的服务和技术支持

上海北汇信息科技有限公司在汽车行业具有丰富的嵌入式软件开发和测试的经验，对于ISO26262标准中过程控制和测试相关内容有深刻理解和实践经验。北汇信息可以为客户提供ISO26262标准的培训，帮助客户理解标准；并且与合作伙伴一起，提供ISO26262标准的实施咨询服务，真正在客户具体的项目中帮助客户全流程满足ISO26262标准；在软件测试方面，提供了完整的软件测试工具链，并提供相应的技术支持和服务。

以满足ISO26262软件级测试需求为例，北汇信息可以根据客户嵌入式软件开发和测试的业务现状以及客户现有或者将要有的嵌入式软件测试工具，针对汽车行业道路车辆功能安全标准ISO26262软件级测试的要求构建嵌入式软件测试解决方案。针对ISO26262的嵌入式软件测试解决方案的本质是从嵌入式软件功能安全的角度来支持公司嵌入式软件开发项目的开展，不仅要分析ISO26262对于嵌入式软件测试的需求，针对需求搭建相应的软件测试工具链，实现对于测试需求的满足和覆盖，同时必须制定相关软件测试的流程和测试模板，从而保证各阶段测试的有序进行以及能够产生相应的工作产品。

主要分为以下五部分的内容：

1、现状/需求调研：通过前期现状调研，了解客户当前嵌入式软件测试状况和需求，对当前工程过程和ISO26262软件级开发测试要求进行差距分析，提出可行性改进建议；

2、建立流程：对测试过程进行优化或者重定义一个合适的过程架构，创建嵌入式软件测试过程的描述文档以及相关文档的模板；

3、能力建设：分析和介绍相关的现有或