软件故障树和专家系统在航电软件测试中的应用

2019-09-17朱文钊

电子技术与软件工程 2019年16期

文/朱文钊

1 软件故障树简介

软件故障树方法被称为SFTA （Software Fault Tree Analysis）方法，从硬件的FTA方法引申拓展到软件层面上得到的一种分析方法。建立软件故障树是SFTA方法的关键。软件故障树是从一个基本系统的失效事件着手，对软件进行分析，找出引发故障的基本事件。故障树的根节点是SFTA的顶事件，也是可能产生的故障。根据顶事件继续找到导致其发生的下层的原因，直到不能被继续分解的基础事件为止。

2 专家系统简介

专家系统的基本框架由知识库和推理机组成，见图1。知识库用于存储已有的事件和故障原因。推理机是实施问题求解的核心执行机构，推理机使用知识库中的知识进行推理来解决问题。

3 操作飞行软件故障树分析

航电软件是直升机机载设备中与航电设备有关的软件，我们以操作飞行软件为例。操作飞行软件是驻留在显控处理单元中的实时嵌入式软件，通过总线与任务机中的多功能显示器软件、飞控软件、机电显示控制软件、通信设备及其他航电子系统进行信息交互，完成航电系统的系统管理、分系统自检、系统状态监控、故障管理、航电任务数据加载等功能，并根据不同的任务阶段和子系统的工作状态，完成画面调度并形成相应的画面显示数据。表1描述了操作飞行软件中主要实现的功能。

对操作飞行软件建立软件故障树，目的是将可能影响到操作飞行软件运行的故障原因找出，明确其中各因素的因果逻辑，选取操作飞行软件故障作为故障树的顶事件。由表1能够推断出操作飞行软件的主要故障源，见表2。

我们以操作飞行软件中的与通信相关的通信子系统为例。通信设备一般包含超短波电台、短波电台、罗盘、塔康等设备。操作飞行软件与这些设备通过总线进行信息交互，当存在软件故障时，多导致通信无效，在操作飞行软件上表现为设备下线、显示出现问题或无法完成相应的功能。

在软件运行中由于硬件问题而产生的故障，发生的几率很低，在忽略它的前提下对操作飞行软件的故障源进行分析。一般来说，软件故障树建立在软件控制流程的基础上。我们在分析软件故障的产生原因时，由于不满足规则语法的错误在静态测试阶段已经得到验证，故而在动态测试阶段不做这方面的考虑。操作飞行软件的功能决定了一般有三类导致通信出现问题的地方，分别是画面显示错误、输入输出的接口错误和变量的使用错误。

从图2、图3中的故障树可以看出，操作飞行软件出现故障的原因是各个子系统出现了故障，通过分析底层的事件对于顶层的故障的影响程度的高低，我们可以找到对故障产生影响最大，最有效的底部基本事件。通过建立的操作飞行软件故障树，可以判断出哪些部件是影响软件运行的关键单元，在进行测试时需要对其重点关注，能够有效的提高测试质量。

4 建立故障诊断转接系统

图1：专家系统构成

图2：操作飞行软件故障树

图3：通信子系统故障

根据得到的操作飞行软件故障树，我们将故障树中的各结点输入到专家系统的知识库中，这样就实现了专家系统的知识积累。推理机使用专家系统常用的“IF（条件），THEN（某种判断），ELSE（某种判断）”进行判断[4]。

传统的专家系统使用产生式表示法、框架表示法和语义网络表示法，这里我们采用的是产生式表示法和框架表示法。将通信子系统故障作为顶事件，分成几大模块，然后逐步对每个模块进行细化和分解，形成相应的故障树图，进而获得知识积累。建立一个故障数据库，其中每一条记录对应一个故障的原因、现象和解决方案。这些记录可以组成一个表格。如表3所示。

例如在测试中发现当在超台输入频率为29.9995～29.9999Mhz时，操作飞行软件显示的是30Mhz。查出故障原因是画面显示函数未对频率做范围检查，导致显示时进位显示，超出正常的频率范围。在排故时，首先查看操作飞行软件和通信设备的接口输入输出，接着查看画面显示函数，然后打印变量值，从而定位故障源。将软件问题和相应的排故步骤以及故障源建立一个表格。见表4。