嵌入式系統軟件的全過(guò)程質(zhì)量保證

　　質(zhì)量是產(chǎn)品的生命

　　當今隨著(zhù)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統廣泛應用于航空航天、國防軍事、電子通信等行業(yè)，其中軟件也越來(lái)越復雜。而這些領(lǐng)域應用特點(diǎn)，決定了嵌入式系統往往是高安全、任務(wù)關(guān)鍵的系統，軟件的微小瑕疵就可能?chē)乐赝{到生命和國家的安全、天文數字的巨額財產(chǎn)損失。這就使得保證嵌入式軟件的質(zhì)量和可靠性，變得至關(guān)重要。而在這些領(lǐng)域，對產(chǎn)品質(zhì)量從來(lái)就保持著(zhù)高度的重視，有將“質(zhì)量視為產(chǎn)品的生命”的傳統。這樣，相關(guān)行業(yè)的高層管理人員和開(kāi)發(fā)人員對于軟件的質(zhì)量也逐漸提高了重視程度。近年來(lái)，在組織上，建立了完善的軟件測試體系；在開(kāi)發(fā)和測試方法上，建立了中國的軟件過(guò)程成熟度的評價(jià)體系GJB5000；在自動(dòng)化工具方面，投入了大量的經(jīng)費和人員在測試設備的開(kāi)發(fā)、購置和建設方面。應該說(shuō)，軟件作為嵌入式產(chǎn)品主要的組成部分之一，對其質(zhì)量的重視是目前相關(guān)行業(yè)的一個(gè)共識。

　　IBM Rational多年來(lái)在軟件工程和質(zhì)量保證方面積累了豐富的方法和經(jīng)驗。本文依據部分嵌入式開(kāi)發(fā)機構對軟件質(zhì)量保證工作的一些理解，分析相應開(kāi)發(fā)機構工作中可能的問(wèn)題，并提出以RUP為核心的全過(guò)程質(zhì)量管理的思想和具體的實(shí)現方式，提出不同單位的過(guò)程改進(jìn)方法，以一種漸進(jìn)的方式，從簡(jiǎn)單的工作開(kāi)始，逐漸深入地改進(jìn)組織的軟件質(zhì)量管理水平。

　　定義質(zhì)量

　　對于任何一個(gè)組織，定義共同的對質(zhì)量的理解是重要的第一步。軟件開(kāi)發(fā)組織經(jīng)常按照一種不精確的、概括的質(zhì)量觀(guān)念來(lái)運轉。

　　在IBM Rational統一過(guò)程中，質(zhì)量定義如下：

　　·滿(mǎn)足或超出認定的一組需求；

　　·使用經(jīng)過(guò)認可的評測方法和標準來(lái)評估；

　　·使用認定的流程來(lái)生產(chǎn)。

　　在這個(gè)定義中，我們首先看需求，IBM Rational的軟件質(zhì)量在用戶(hù)需求方面的定義分為五個(gè)方面：易用性、可靠性、性能、可支持和功能。

　　質(zhì)量保證，歸根結底就是為客戶(hù)提供更高品質(zhì)的產(chǎn)品，更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。另一方面，這個(gè)質(zhì)量定義中明確指出，質(zhì)量更體現在軟件開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程和一個(gè)標準的評價(jià)方式上。

　　軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程質(zhì)量就是指為了生成工件而對可接受流程的實(shí)施和遵守程度，體現在三個(gè)層次：

　　·產(chǎn)品本身和用來(lái)生產(chǎn)、組裝軟件產(chǎn)品的零部件質(zhì)量；

　　·在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的標準化、流程化、自動(dòng)化程度和團隊基本協(xié)作平臺的效率，各個(gè)過(guò)程對質(zhì)量的承諾；

　　·軟件產(chǎn)品驗收的評測手段應該是被業(yè)界廣泛認可和接受的方法，所構筑的質(zhì)量評價(jià)標準。

　　一個(gè)軟件生產(chǎn)企業(yè)的過(guò)程質(zhì)量一般可以用它的軟件過(guò)程成熟度等級來(lái)評估。

　　RUP全過(guò)程質(zhì)量保證

　　Rational Unified Process(RUP)是一個(gè)可以通過(guò)Web來(lái)使用的軟件工程過(guò)程。作為軟件工業(yè)事實(shí)上的標準，它回答了我們以下問(wèn)題：在整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)過(guò)程中，誰(shuí)(角色)應該在什么時(shí)候(詳細工作流程)做什么(任務(wù))和產(chǎn)生什么樣的開(kāi)發(fā)結果(工件)，以完成整個(gè)項目的開(kāi)發(fā)目標。建立有效的工作過(guò)程，可以提高團隊的生產(chǎn)效率，控制開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險，保證軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)度并且提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)通過(guò)為所有重要的開(kāi)發(fā)活動(dòng)提供全面的指南、模板和示例，使整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)團隊能夠有效共享成功經(jīng)驗，提高團隊效率，最終保證軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量。

　　全過(guò)程質(zhì)量保證思想

　　RUP把整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程分解成：業(yè)務(wù)建模、需求管理、分析設計、實(shí)施、測試、部署、配置與變更管理、項目管理和環(huán)境等九個(gè)核心工作流程。每個(gè)核心工作規程由多個(gè)詳細工作流程組成。RUP使用角色、任務(wù)和作為輸入/輸出的工件來(lái)組織每個(gè)詳細工作流程，實(shí)現軟件開(kāi)發(fā)組織內部人、資源和流程的融合。RUP通過(guò)建立完整的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，使得產(chǎn)品的質(zhì)量由項目團隊的每個(gè)成員所代表的角色共同負責，具體體現在：每個(gè)工作流程設定相應的工作指南和工作檢查點(diǎn)，每個(gè)角色承擔相應的質(zhì)量任務(wù)。

　　在RUP中，整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程如圖1所示，它以指定的工件為輸入，通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)角色和標準化的軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，生產(chǎn)出滿(mǎn)足質(zhì)量要求的輸出工件。


    
　　用正確的過(guò)程和平臺實(shí)現質(zhì)量

　　IBM提供一個(gè)完整的方案以幫助開(kāi)發(fā)團隊構建更高質(zhì)量的軟件。這個(gè)開(kāi)放和標準的平臺包括IBM軟件的許多工具，包括IBM Rational統一過(guò)程。在開(kāi)發(fā)的每個(gè)階段和每個(gè)流程都強調關(guān)注質(zhì)量，幫助團隊來(lái)識別開(kāi)發(fā)生命周期中的早期問(wèn)題。以下部分描述了RUP和IBM軟件開(kāi)發(fā)平臺中的工具如何支持每個(gè)工作流程中的質(zhì)量實(shí)踐的。

　　為減少重復描述，先將相關(guān)工具的功能統一簡(jiǎn)要描述。下面的所有工具都可以以插件的形式集成到開(kāi)放的Eclipse平臺上，為開(kāi)發(fā)者提供集成環(huán)境：

　　·IBM Rational System Developer 用于系統建模和開(kāi)發(fā)的集成環(huán)境；

　　·IBM Rational TestManager 用于計劃、管理和報告任何測試工作要求；

　　·IBM Rational Manual Tester 用以提高手工測試工作的效率；

　　·IBM Rational Test RealTime

　　用于嵌入式系統的靜態(tài)度量、代碼規則檢查、單元測試、覆蓋率分析、內存分析、性能分析、代碼跟蹤、線(xiàn)程分析、基于消息的分布式系統測試的跨平臺解決方案。

　　為了推動(dòng)團隊溝通、協(xié)作和合作，IBM Rational還提供多種額外的解決方案選項。

　　分析

　　根據統計得知，引起客戶(hù)不滿(mǎn)意問(wèn)題的80%可以追溯到對需求的糟糕理解上。對于任何嵌入式開(kāi)發(fā)項目，不論是新的系統開(kāi)發(fā)，或遺留系統更新集成，質(zhì)量開(kāi)始于分析業(yè)務(wù)，以確保系統需求清晰且準確地反映了業(yè)務(wù)和客戶(hù)需求。

　　我們可以將被測系統置于其將運行的環(huán)境中，采用建模的方式，將最優(yōu)確認的需求，用條目化的方式管理需求文檔，實(shí)現從需求、到分析、到設計、到實(shí)現、到測試的雙向跟蹤，以實(shí)現測試中發(fā)現缺陷到各層次的跟蹤，和影響范圍的分析。

　　設計

　　在設計中，主要的質(zhì)量集中在構架上，這是軟件的“靈魂”。低質(zhì)量的構架會(huì )引起大范圍的質(zhì)量問(wèn)題，包括（軟件）脆弱、缺乏升級、以及發(fā)現缺陷也難以修改。這些問(wèn)題隨著(zhù)應用軟件項目不斷發(fā)展，變得越來(lái)越難以解決；并且隨著(zhù)應用軟件從設計到開(kāi)發(fā)、測試和部署，糾正缺陷的成本以指數在增長(cháng)。如果軟件開(kāi)發(fā)人員可以有效地發(fā)現、隔離和解決設計和開(kāi)發(fā)期間的結構上的不足，這項工作會(huì )在整個(gè)項目期間獲得受益。

　　開(kāi)發(fā)

　　平均起來(lái)，開(kāi)發(fā)人員在他們寫(xiě)的每千行代碼中會(huì )產(chǎn)生100到150個(gè)錯誤。當然，這個(gè)數量隨著(zhù)開(kāi)發(fā)人員和項目的不同而不同。即使只有一小段代碼，產(chǎn)生10%的錯誤也是很?chē)乐氐摹?/p>

　　RUP倡導開(kāi)發(fā)人員主動(dòng)地測試和分析。盡管單元測試和運行分析已經(jīng)變得更為主流，但是許多管理人員仍然有這樣的誤解，即這些過(guò)程使時(shí)間表中增加了不必要的時(shí)間。事實(shí)上，如果不采用這些措施，開(kāi)發(fā)時(shí)間表通常會(huì )一樣或更加延長(cháng)，這是由于在質(zhì)量保證或客戶(hù)發(fā)現問(wèn)題后，開(kāi)發(fā)人員在生命周期中調試代碼要花費更多的時(shí)間。

　　測試

　　管理系統級功能和性能測試是持續保證質(zhì)量的一個(gè)主要部分。一個(gè)開(kāi)發(fā)組織既不應當過(guò)分強調，也不應當減少系統測試的重要性。如前所述，保證質(zhì)量不只是測試團隊的職責，測試也不只是質(zhì)量保證的唯一領(lǐng)域。某些測試可以并且應當由開(kāi)發(fā)人員來(lái)運行，在某些情況下，可以由構架師來(lái)運行。大量的質(zhì)量保證工作，在RUP的原則下是由其他開(kāi)發(fā)角色構造的。

　　支持保證質(zhì)量的團隊職責

　　質(zhì)量是開(kāi)發(fā)團隊中的每個(gè)人的職責，但是它也是團隊作為一個(gè)整體的職責。在一個(gè)迭代的過(guò)程中，每個(gè)迭代確保了每個(gè)工件質(zhì)量的持續的重新評估，這樣，在迭代的方式下，經(jīng)?？梢员ＷC提交質(zhì)量更高的產(chǎn)品。有效的軟件配置管理和變更管理是保證質(zhì)量的一個(gè)基本工具；它幫助組織確保軟件在每次構建時(shí)是可重復的和可靠的，并且保證缺陷和變更請求得到正確的管理。
    
　　質(zhì)量過(guò)程改進(jìn)的步驟

　　當我們考慮需要什么來(lái)構建任務(wù)關(guān)鍵和高安全性的系統軟件，并涉及過(guò)程質(zhì)量改進(jìn)時(shí)，大家往往想到的是一個(gè)復雜的過(guò)程。其實(shí)，軟件過(guò)程質(zhì)量改進(jìn)，如軟件開(kāi)發(fā)，可以是一個(gè)迭代的過(guò)程。你不需要一步就完成所有的事情。即使是小的變化，包括調整你的組織中對質(zhì)量的看法，也會(huì )產(chǎn)生一個(gè)切實(shí)的改進(jìn)。

　　我們指出兩條參考的改進(jìn)的線(xiàn)路圖，遞進(jìn)式的(或者本質(zhì)的)和演進(jìn)式的(反應式的)。遞進(jìn)式的更多考慮工作流程間的依賴(lài)性，做到先改善基礎流程，再基于已有的改善基礎，做進(jìn)一步改進(jìn)。而演進(jìn)式的多來(lái)自于工作中感知到的問(wèn)題和瓶頸，依據問(wèn)題的表面做反應式的改進(jìn)?；诟倪M(jìn)后再發(fā)現新的問(wèn)題，如此反復。當然，我們也在努力發(fā)現一種可以兼顧工作流程間依賴(lài)性，有可以快速顯示改進(jìn)效果的改進(jìn)方式。

　　我們可以把質(zhì)量保證工作改善劃分為以下幾個(gè)方面：配置管理和變更管理、靜態(tài)分析和單元測試、集成測試和系統測試、迭代開(kāi)發(fā)和連續測試、全過(guò)程質(zhì)量、組織級質(zhì)量體系、架構分析、需求管理、項目管理。遞進(jìn)式和演進(jìn)式的實(shí)施方式如圖2和圖3所示。

　　獲得軟件高質(zhì)量的高收益

　　全過(guò)程的質(zhì)量保證體系總是比忽略質(zhì)量問(wèn)題的成本要低。事實(shí)上，如果你正確地運用，提高產(chǎn)品質(zhì)量基本上沒(méi)有成本。

　　在國際上，隨著(zhù)軟件質(zhì)量保證理論及應用研究工作的不斷深入，針對軟件質(zhì)量保證工作的工作重點(diǎn)也經(jīng)歷了如下發(fā)展歷程：

　　·1970年以前，采用特定(Ad-hoc)測試，與調試沒(méi)有區分；

　　·1970年末到1980年中期，測試基礎理論和實(shí)用技術(shù)形成，軟件測試作為軟件質(zhì)量保證(SQA)的主要手段和職能；

　　·1980年代末到90年代中期，測試工具在質(zhì)量和數量上不斷增長(cháng)，測試與SQA分離,注重于工具對測試效率的影響；

　　·1990年后期到目前，重新關(guān)注有效的過(guò)程管理對于軟件測試的重要性，將軟件工程視為軟件測試的基礎，或形成各種獨立的測試模型、測試能力成熟度模型。

　　現在高品質(zhì)軟件，需要完整的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程和整合的軟件開(kāi)發(fā)平臺來(lái)共同鑄就。IBM Rational軟件開(kāi)發(fā)平臺，就是以各種國際標準和開(kāi)放平臺為基礎，為嵌入式系統軟件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程提供了良好的開(kāi)發(fā)速度和質(zhì)量保證。