摘 要： 針對機載綜合處理系統，對需求工程中的需求開發和需求管理兩個方面的內容、特點和難點進行了闡述，提出了開展此類復雜嵌入式系統的需求工程工作要點，并結合機載綜合處理系統應用特點提出了需求開發和需求管理的研究方向。

　　關鍵字： 電子期刊征稿,機載處理系統,需求工程,需求獲取,嵌入式系統

　　Study and exploration of requirement engineering method of airborne integrated processing system

　　WANG Ming， XIE Wen-tao， ZHANG Lei， GAO Yang，

　　(Aeronautical Computing Technique Research Institute， Xi’an 710068， China)

　　Abstract： Focusing on airborne processing system， the contents， characteristics and difficulties of requirement development and management in requirement engineering are illustrated in this paper. The key points in requirement engineering of complicated airborne embedded systems are pointed out. The research directions of requirement development and management are proposed in combination with the application characteristics of the airborne comprehensive processing system.

　　Keywords： airborne processing system; requirement engineering; requirement acquirement; embedded system

　　0 引 言

　　機載綜合處理系統作為載機平臺中最重要的核心系統之一，為載機提供一套系統的綜合處理與公共計算資源;包括處理、存儲、控制、接口管理、信息交換等功能。對于機載綜合處理系統這種愈來愈復雜的網絡化嵌入式系統的研制，就必須重點把握需求，從需求獲取、需求采集、需求管理、需求前期的建模分析和后期基于需求的驗證等全生命周期各個需求相關環節進行管控，必須針對此類產品建立一套完整的理論和方法，以及完整的體系化的工具鏈。本文研究了復雜機載綜合處理系統的需求工程的理論、思路和方法。

　　1 機載綜合處理系統需求工程

　　機載綜合處理系統需求工程是系統生命周期的第一階段，需求工程通俗講是指該系統應該做什么，而不是該怎么做。機載綜合處理系統需求獲取需要三個不同相關方的協作：開發者(研制單位)，客戶(主機單位)，用戶(設備使用者)。規范詳盡的產品需求來自早期非正式的粗略的概念和想法，不斷結合三個相關方的需求和約束，歷經多次分析、驗證和迭代形成最終的系統需求。

　　機載綜合處理系統需求，是指主機用戶解決機載應用的若干問題或達到機載綜合處理應用目標所需要的條件或能力，該條件或能力須有由一套滿足相關約定、標準級規范的系統實現。

　　機載綜合處理系統需求工程需要回答如下問題：

　　(1) 如何定義鑒別某個機載綜合處理系統的目的：什么是內部系統(機載綜合處理系統內部的架構、通信網絡、組成、性能等)，什么是外部系統(機載綜合處理系統對外功能、交聯接口、數據通信、環境適應性、成本等);

　　(2) 機載綜合處理系統需求獲取過程中有哪些錯誤：系統不能支持用戶工作(系統功能失效)、功能缺失或錯誤(部分功能不能實現或工作結果與預期不一致)、糾錯需要付出巨大代價(糾正出現的錯誤，所需要付出的物料、人力、周期等巨大的代價)。

　　機載綜合處理系統需求工程(RE)面向硬件和軟件兩個方面[1]，目標是形成系統需求規范，包括兩大部分：需求開發(RD)和需求管理(RM)，如圖1所示。其中需求開發包括獲取、分析、溝通、形成文檔、確認生效;需求管理包括：變更控制、版本控制、狀態追蹤、追溯。

　　圖1 需求工程的組成

　　機載綜合處理系統需求工程的輸入：

　　(1) 預期系統的一個模糊想象，即某系統或子系統產品的研制協議或成品開發協議;

　　(2) 協議中的承研單位、主機單位等各自利益的相關方規定;

　　(3) 完整的問題陳述，即對機載綜合處理系統要求的完整描述。

　　機載綜合處理系統需求工程的輸出：

　　(1) 一套盡可能完整的規范，即最終的系統級產品的系統規范或研制規范;

　　(2) 完全覆蓋所有問題，即所有相關需求均已捕獲，研制規范或系統規范完整覆蓋了所有陳述的問題;

　　(3) 完全且精準的定義每一條需求，無遺漏，無歧義。 　　需求工程的三個維度目標[2]，如圖2所示。

　　圖2 需求工程的三個維度目標

　　規范(Specification)：開發盡可能完全的需求規范，包括成本計劃;

　　表達(Representation)：提供綜合完整的所有方面的表現：非正式，半正式，正式的需求;注意這幾種表達之間的轉換問題;

　　一致(Agreement)：完成與最終規格公共的一致，期間允許有個人的意見。

　　2 機載綜合處理系統需求開發

　　機載綜合處理系統的需求開發的重點是需求獲取和需求分析。

　　需求獲取和需求分析的區別及關系如圖3所示。

　　圖3 需求獲取和分析的區別及關系

　　對于機載綜合處理系統的需求獲取工作，必然需從問題陳述開始，問題陳述是由客戶面向系統層面描述問題(主機面向載機應用層面)。

　　2.1 機載綜合處理系統產品的問題陳述

　　(1) 所處的位置和當前的情勢：機載綜合處理系統產品所屬載機分系統位置(航電、機電、飛控、輔助動力控制、或者全機深度綜合系統等)和當前有哪些現有條件;

　　(2) 新系統所應提供的功能：機載綜合處理系統產品本身應該提供的功能，以航電為例，可包括任務綜合、導航控制、顯示控制、存儲能力、對外接口等;

　　(3) 系統的開發環境：機載綜合處理系統產品本身開發所限定的系統級、子系統級、部件級的硬件及軟件開發環境;

　　(4) 客戶希望的可交付形式：協議約定的機載綜合處理系統產品的交付形式，一套系統、或一臺整機，隨機設備、隨機資料等;

　　(5) 交貨日期：約定的交付日期;

　　(6) 一套接受的標準：規定了機載綜合處理系統產品研制所必須遵循或建議遵循的一套標準，包括質量過程標準、軟硬件設計標準、過程及最終驗證標準等。

　　2.2 影響機載綜合處理系統產品問題陳述優劣的因素

　　(1) 機載綜合處理系統產品所面臨的情勢和亟需解決的問題;

　　(2) 若干系統級的應用場景的描述;

　　(3) 初始需求：功能需求、非功能需求、約束(偽需求);

　　(4) 項目計劃：包括系統最終交付期在內的用戶關注的重要里程碑;

　　(5) 目標環境：交付系統必須執行一套詳盡系統測試檢驗的環境;

　　(6) 客戶接受標準：系統測試檢驗的標準。

　　3 功能需求和非功能需求

　　功能需求：描述系統和其環境交互作用，與具體實現無關，機載綜合處理系統產品的功能需求主要描述該系統承擔的功能、與載機其他系統的接口互聯、數據通信及對外承擔功能，與產品本身的具體內部組成、體系架構、實施方案、組件選型均無關[3]。

　　非功能需求(A類最典型)：

　　(1) 用戶看見的與功能行為不直接相關的方面(表象)。

　　(2) 可靠性，安全性、維修性、測試性、綜合保障性、性能、有效性、可用性、支持能力、適應性。

　　偽需求(B類非功能需求)：系統運轉時受到客戶或環境的影響、法律需求、設計和實現約束，如容錯能力、高低溫適應性、電子兼容性等環境適應性能力;

　　項目需求(C類非功能需求)：產品研制預算經費、合同額、交付日期等。

　　對于機載綜合處理系統產品來講，系統架構、實現技術、開發方法、開發環境、實現語言、重用性等通常都不是需求[4]。功能及非功能需求的樹狀圖如圖4所示。

　　圖4 功能需求及非功能需求的樹狀圖

　　4 機載綜合處理系統需求管理

　　需求管理包括：變更控制、版本控制、狀態追蹤、追溯。

　　需求管理，實際是管理需求變更的若干過程，開發過程中的連續的變更帶來的諸多困難問題。其主要關注點包括：管理需求間關系，管理需求優先級，管理不同文檔間的從屬性(需求文檔，需求規格，研制系統過程中其他文檔)，管理需求一致性變更[5]。

　　需求管理涉及的過程包括：變更和追溯，沒有追蹤性則無法有效管理需求。追溯性含義：誰提出的需求，為什么存在需求，需求與什么相關，如何將需求與其他信息關聯(系統設計、實現、用戶文檔)。

　　(1) 威者工具支撐

　　需求管理工具包括：采集、存儲、大數據量信息的維護;

　　為支撐需求管理而定制設計的不同的可用工具;

　　適用與需求工程的其他工具：配置管理系統、郵件系統、共享工作區。

　　(2) 需求管理工具支持功能

　　用于存儲數據的數據庫系統;

　　用于文檔分析和生成的工具：構建需求數據庫，生成需求文檔;

　　幫助確保變更完全落實的變更管理工具;

　　幫助需求工程師找到系統需求間依賴關系的追蹤工具。需求管理各環節關系如圖5所示。

　　圖5 需求管理各環節關系

　　5 研究方向

　　根據需求工程的理論，針對機載綜合處理系統需要建立需求開發和需求管理兩部分集成定制工具，必將極大的提高此類復雜嵌入式系統的研制水平。

　　(1) 集成定制需求開發工具。需要建設定制的基于模型的需求建模分析仿真的相關的需求開發工具，整合多個需求建模分析工具，建成適應機載綜合處理系統產品特點的需求建模仿真分析專用的集成工具，解決工具分散孤立的問題，使之能對系統的各種特性進行需求分析[6]，最終形成完整的需求建模、分析、仿真的規范流程和完整工具鏈。

　　(2) 集成定制需求管理工具。需要建設定制面向全生命周期的需求管理相關工具，整合多個需求相關環節的工具，建成適應機載綜合處理統級產品特點的需求采集管理工具，能形成完整的需求采集管理模板和管理流程以及完成的工具鏈，形成貫穿全生命周期的基于需求的信息化管理能力。

　　6 結 語

　　本文結合機載綜合處理系統產品的應用特點，系統地介紹了需求工程所涉及的需求開發和需求管理兩部分內容的理論和特點，分別介紹兩部分工作中各自的重點難點以及指導依據，并且提出了針對機載綜合處理系統這類復雜系統產品在需求開發和需求管理兩個方面所需集成定制的工具鏈。

　　參考文獻

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