本书以民用航空机载软件适航标准制定者的视角，详细介绍了如何基于目前最新版的DO-178C标准进行安全关键软件的开发与管理，给出了如何获得成功审定的实用指南。主要内容包括：在系统与安全大视野中的软件，DO-178C标准的深入解读和推荐实践，4个标准技术补充（软件工具鉴定、基于模型的开发、面向对象技术和形式化方法）的讲解说明，以及10个相关特别专题（未覆盖代码、外场可加载软件、用户可修改软件和实时操作系统等）的指导建议。

Leanna Rierson 安全关键软件和复杂电子系统领域的资深专家，独立咨询师。多年担任美国联邦航空局（FAA）的软件和航空电子专家、航空计算机软件首席科学家和技术顾问。作为在软件和复杂硬件技术领域具有A级授权的FAA委任工程代表（DER），与众多航空器和航空电子公司有过合作，包括波音、赛斯纳、里尔喷气、巴西航空工业、罗克韦尔-柯林斯、通用电气航空和霍尼韦尔等公司。她是DO-178C标准的主要参与制定者之一，在负责制定该标准的美国航空无线电技术委员会（RTCA）中担任一个工作组的联合主席和编写组负责人，发表过大量关于安全关键软件和综合模块化航空电子（IMA）的论文，领导过许多国际工程团队和工作会议，为FAA编制了一系列课程、政策、手册和指南材料，为数百名专业人士讲授过DO-178B和DO-178C标准。
作 者 简 介 Leanna Rierson?安全关键软件和复杂电子系统领域的资深专家，独立咨询师。多年担任美国联邦航空局（FAA）的软件和航空电子专家、航空计算机软件首席科学家和技术顾问。作为在软件和复杂硬件技术领域具有A级授权的FAA委任工程代表（DER），与众多航空器和航空电子公司有过合作，包括波音、赛斯纳、里尔喷气、巴西航空工业、罗克韦尔-柯林斯、通用电气航空和霍尼韦尔等公司。她是DO-178C标准的主要参与制定者之一，在负责制定该标准的美国航空无线电技术委员会（RTCA）中担任一个工作组的联合主席和编写组负责人，发表过大量关于安全关键软件和综合模块化航空电子（IMA）的论文，领导过许多国际工程团队和工作会议，为FAA编制了一系列课程、政策、手册和指南材料，为数百名专业人士讲授过DO-178B和DO-178C标准。译 者 简 介 崔晓峰?研究员，北京大学计算机软件与理论专业博士，英国约克大学访问学者。长期从事软件工程理论与方法研究、大型关键任务软件系统设计与工程化管理，以及软件研制能力评价工作。主要研究和实践领域包括软件体系结构、软件需求工程、软件项目管理、软件过程改进、业务流程管理、系统工程、领域工程等。

第一部分?引　　言
第1章　引言和概览 2
1.1　安全关键软件的定义 2
1.2　安全性问题的重要性 2
1.3　本书目的和重要提示 4
1.4　本书概览 6

第二部分?安全关键软件开发的语境
第2章?系统语境中的软件 8
2.1　系统开发概览 8
2.2　系统需求 10
2.2.1　系统需求的重要性 10
2.2.2　系统需求的类型 10
2.2.3　良好的需求的特性 10
2.2.4　系统需求考虑 11
2.2.5　需求假设 14
2.2.6　分配到软/硬件项 14
2.3　系统需求确认与验证 15
2.3.1　需求确认 15
2.3.2　实现验证 15
2.3.3　确认与验证建议 15
2.4　系统工程师最佳实践 17
2.5　软件与系统的关系 19
第3章?系统安全性评估语境中的软件 20
3.1　航空器与系统安全性评估过程概览 20
3.1.1　安全性工作计划 21
3.1.2　功能危险评估 21
3.1.3　系统功能危险评估 22
3.1.4　初步航空器安全性评估 22
3.1.5　初步系统安全性评估 22
3.1.6　共因分析 23
3.1.7　航空器安全性评估和系统安全性评估 24
3.2　开发保证 24
3.2.1　开发保证等级 25
3.3　软件如何置于安全性过程 26
3.3.1　软件的独特性 26
3.3.2　软件开发保证 26
3.3.3　其他观点 28
3.3.4　在系统安全性过程关注软件的建议 28

第三部分?使用DO-178C开发安全关键软件
第4章?DO-178C及支持文件概览 32
4.1　DO-178历史 32
4.2　DO-178C和DO-278A核心文件 34
4.2.1　DO-278A与DO-178C的不同 39
4.2.2　DO-178C附件A的目标表概览 39
4.3　DO-330：软件工具鉴定考虑 43
4.4　DO-178C技术补充 43
4.4.1　DO-331：基于模型的开发补充 43
4.4.2　DO-332：面向对象技术补充 44
4.4.3　DO-333：形式化方法补充 44
4.5　DO-248C：支持材料 44
第5章?软件策划 46
5.1　引言 46
5.2　一般策划建议 46
5.3　5个软件计划 49
5.3.1　软件合格审定计划 49
5.3.2　软件开发计划 50
5.3.3　软件验证计划 52
5.3.4　软件配置管理计划 54
5.3.5　软件质量保证计划 56
5.4　3个开发标准 57
5.4.1　软件需求标准 58
5.4.2　软件设计标准 58
5.4.3　软件编码标准 59
5.5　工具鉴定计划 60
5.6　其他计划 60
5.6.1　项目管理计划 60
5.6.2　需求管理计划 60
5.6.3　测试计划 60
第6章?软件需求 61
6.1　引言 61
6.2　定义需求 61
6.3　良好的需求的重要性 62
6.3.1　原因1：需求是软件开发的基础 62
6.3.2　原因2：好的需求节省时间和金钱 63
6.3.3　原因3：好的需求对安全性至关重要 64
6.3.4　原因4：好的需求对满足客户需要是必需的 64
6.3.5　原因5：好的需求对测试很重要 64
6.4　软件需求工程师 65
6.5　软件需求开发概览 66
6.6　收集和分析软件需求的输入 67
6.6.1　需求收集活动 67
6.6.2　需求分析活动 68
6.7　编写软件需求 69
6.7.1　任务1：确定方法 69
6.7.2　任务2：确定软件需求文档格式 70
6.7.3　任务3：将软件功能划分为子系统和/或特征 70
6.7.4　任务4：确定需求优先级 71
6.7.5　避免滑下的斜坡 71
6.7.6　任务5：编档需求 72
6.7.7　任务6：提供系统需求的反馈 77
6.8　验证（评审）需求 77
6.8.1　同行评审推荐实践 78
6.9　管理需求 81
6.9.1　需求管理基础 81
6.9.2　需求管理工具 81
6.10?需求原型 83
6.11?可追踪性 83
6.11.1　可追踪性的重要性和好处 84
6.11.2　双向可追踪性 84
6.11.3　DO-178C和可追踪性 85
6.11.4　可追踪性挑战 86
第7章?软件设计 88
7.1　软件设计概览 88
7.1.1　软件体系结构 88
7.1.2　软件低层需求 89
7.1.3　设计打包 90
7.2　设计方法 90
7.2.1　基于结构的设计（传统） 90
7.2.2　面向对象的设计 91
7.3　良好设计的特性 92
7.4　设计验证 95
第8章?软件实现：编码与集成 97
8.1　引言 97
8.2　编码 97
8.2.1　DO-178C编码指南概览 97
8.2.2　安全关键软件中使用的语言 98
8.2.3　选择一种语言和编译器 100
8.2.4　编程的一般建议 102
8.2.5　代码相关的特别话题 109
8.3　验证源代码 110
8.4　开发集成 111
8.4.1　构建过程 111
8.4.2　加载过程 112
8.5　验证开发集成 112
第9章?软件验证 113
9.1　引言 113
9.2　验证的重要性 113
9.3　独立性与验证 114
9.4　评审 115
9.4.1　软件计划评审 115
9.4.2　软件需求、设计和代码评审 115
9.4.3　测试资料评审 115
9.4.4　其他资料项评审 116
9.5　分析 116
9.5.1　最坏情况执行时间分析 117
9.5.2　内存余量分析 117
9.5.3　链接和内存映像分析 118
9.5.4　加载分析 118
9.5.5　中断分析 118
9.5.6　数学分析 119
9.5.7　错误和警告分析 119
9.5.8　分区分析 119
9.6　软件测试 119
9.6.1　软件测试的目的 120
9.6.2　DO-178C软件测试指南概览 121
9.6.3　测试策略综述 123
9.6.4　测试策划 126
9.6.5　测试开发 128
9.6.6　测试执行 130
9.6.7　测试报告 132
9.6.8　测试可追踪性 132
9.6.9　回归测试 132
9.6.10?易测试性 133
9.6.11?验证过程中的自动化 133
9.7　验证的验证 134
9.7.1　测试规程评审 135
9.7.2　测试结果的评审 135
9.7.3　需求覆盖分析 136
9.7.4　结构覆盖分析 136
9.8　问题报告 142
9.9　验证过程建议 145
第10章?软件配置管理 148
10.1　引言 148
10.1.1　什么是软件配置管理 148
10.1.2　为什么需要软件配置管理 148
10.1.3　谁负责实现软件配置管理 149
10.1.4　软件配置管理涉及什么 150
10.2　软件配置管理活动 150
10.2.1　配置标识 150
10.2.2　基线 151
10.2.3　可追踪性 151
10.2.4　问题报告 151
10.2.5　变更控制和评审 154
10.2.6　配置状态记录 155
10.2.7　发布 156
10.2.8　归档和提取 156
10.2.9　资料控制类别 157
10.2.10?加载控制 158
10.2.11?软件生命周期环境控制 159
10.3　特别的软件配置管理技能 159
10.4　软件配置管理资料 160
10.4.1　软件配置管理计划 160
10.4.2　问题报告 160
10.4.3　软件生命周期环境配置索引 160
10.4.4　软件配置索引 160
10.4.5　软件配置管理记录 161
10.5　软件配置管理陷阱 161
10.6　变更影响分析 163
第11章?软件质量保证 166
11.1　引言：软件质量和软件质量保证 166
11.1.1　定义软件质量 166
11.1.2　高质量软件的特性 166
11.1.3　软件质量保证 167
11.1.4　常见质量过程和产品问题的例子 168
11.2　有效和无效的软件质量保证的特征 169
11.2.1　有效的软件质量保证 169
11.2.2　无效的软件质量保证 170
11.3　软件质量保证活动 170
第12章?合格审定联络 174
12.1　什么是合格审定联络 174
12.2　与合格审定机构的沟通 174
12.2.1　与合格审定机构协调的最佳实践 175
12.3　软件完成总结 177
12.4　介入阶段审核 178
12.4.1　介入阶段审核概览 178
12.4.2　软件作业辅助概览 179
12.4.3　使用软件作业辅助 181
12.4.4　对审核者的一般建议 181
12.4.5　对被审核者的一般建议 186
12.4.6　介入阶段审核细节 188
12.5　合格审定飞行试验之前的软件成熟度 195

第四部分?工具鉴定和DO-178C补充
第13章?DO-330和软件工具鉴定 198
13.1　引言 198
13.2　确定工具鉴定需要和等级（DO-178C的12.2节） 199
13.3　鉴定一个工具（DO-330概览） 202
13.3.1　DO-330的需要 202
13.3.2　DO-330工具鉴定过程 203
13.4　工具鉴定特别话题 210
13.4.1　FAA规定8110.49 210
13.4.2　工具确定性 211
13.4.3　额外的工具鉴定考虑 211
13.4.4　工具鉴定陷阱 212
13.4.5　DO-330和DO-178C补充 214
13.4.6　DO-330用于其他领域 214
第14章?DO-331和基于模型的开发与验证 215
14.1　引言 215
14.2　基于模型开发的潜在好处 216
14.3　基于模型开发的潜在风险 218
14.4　DO-331概览 221
14.5　合格审定机构对DO-331的认识 225
第15章?DO-332和面向对象技术及相关技术 226
15.1　面向对象技术介绍 226
15.2　OOT在航空中的使用 226
15.3　航空手册中的OOT 227
15.4　FAA资助的OOT和结构覆盖研究 227
15.5　DO-332概览 228
15.5.1　策划 228
15.5.2　开发 228
15.5.3　验证 228
15.5.4　脆弱性 229
15.5.5　类型安全 229
15.5.6　相关技术 230
15.5.7　常见问题 230
15.6　OOT建议 230
15.7　结论 230
第16章?DO-333和形式化方法 231
16.1　形式化方法介绍 231
16.2　什么是形式化方法 232
16.3　形式化方法的潜在好处 233
16.4　形式化方法的挑战 234
16.5　DO-333概览 235
16.5.1　DO-333的目的 235
16.5.2　DO-333与DO-178C的比较 236
16.6　其他资源 238

第五部分?特?别?专?题
第17章?未覆盖代码（无关代码、死代码和非激活代码） 240
17.1　引言 240
17.2　无关代码和死代码 240
17.2.1　避免无关代码和死代码的晚发现 241
17.2.2　评价无关代码或死代码 242
17.3　非激活代码 243
17.3.1　策划 245
17.3.2　开发 245
17.3.3　验证 246
第18章?外场可加载软件 247
18.1　引言 247
18.2　什么是外场可加载软件 247
18.3　外场可加载软件的好处 247
18.4　外场可加载软件的挑战 248
18.5　开发和加载外场可加载软件 248
18.5.1　开发支持外场加载的系统 248
18.5.2　开发外场可加载软件 249
18.5.3　加载外场可加载软件 249
18.5.4　修改外场可加载软件 250
18.6　总结 250
第19章?用户可修改软件 251
19.1　引言 251
19.2　什么是用户可修改软件 251
19.3　UMS例子 252
19.4　为UMS设计系统 252
19.5　修改和维护UMS 254
第20章?实时操作系统 256
20.1　引言 256
20.2　什么是RTOS 256
20.3　为什么使用RTOS 257
20.4　RTOS内核及其支持软件 258
20.4.1　RTOS内核 258
20.4.2　应用编程接口 258
20.4.3　主板支持包 259
20.4.4　设备驱动 260
20.4.5　支持库 260
20.5　安全关键系统中使用的RTOS的特性 260
20.5.1　确定性 260
20.5.2　可靠的性能 260
20.5.3　硬件兼容 261
20.5.4　环境兼容 261
20.5.5　容错 261
20.5.6　健康监控 261
20.5.7　可审定 262
20.5.8　可维护 262
20.5.9　可复用 262
20.6　安全关键系统中使用的RTOS的功能 262
20.6.1　多任务 262
20.6.2　有保证和确定性的可调度性 263
20.6.3　确定性的任务间通信 264
20.6.4　可靠的内存管理 265
20.6.5　中断处理 265
20.6.6　钩子函数 265
20.6.7　健壮性检查 266
20.6.8　文件系统 266
20.6.9　健壮分区 266
20.7　需考虑的RTOS问题 266
20.7.1　要考虑的技术问题 267
20.7.2　要考虑的合格审定问题 269
20.8　RTOS相关的其他话题 271
20.8.1　ARINC 653概览 271
20.8.2　工具支持 273
20.8.3　开源RTOS 274
20.8.4　多核处理器、虚拟化和虚拟机管理器 274
20.8.5　保密性 275
20.8.6　RTOS选择问题 275
第21章?软件分区 276
21.1　引言 276
21.1.1　分区：保护的一个子集 276
21.1.2　DO-178C和分区 277
21.1.3　健壮分区 277
21.2　共享内存（空间分区） 279
21.3　共享中央处理器（时间分区） 279
21.4　共享输入/输出 280
21.5　一些与分区相关的挑战 281
21.5.1　直接内存访问 281
21.5.2　高速缓存 281
21.5.3　中断 282
21.5.4　分区间通信 282
21.6　分区的建议 282
第22章?配置数据 287
22.1　引言 287
22.2　术语和例子 287
22.3　DO-178C关于参数数据项的指南总结 289
22.4　建议 289
第23章?航空数据 293
23.1　引言 293
23.2　DO-200A：航空数据处理标准 293
23.3　FAA咨询通告AC 20-153A 296
23.4　用于处理航空数据的工具 297
23.5　与航空数据相关的其他工业文件 298
23.5.1　DO-201A：航空信息标准 298
23.5.2　DO-236B：航空系统性能最低标准：区域导航要求的导航性能 298
23.5.3　DO-272C：机场地图信息的用户需求 298
23.5.4　DO-276A：地形和障碍数据的用户需求 298
23.5.5　DO-291B：地形、障碍和机场地图数据互换标准 298
23.5.6　ARINC 424：导航系统数据库标准 299
23.5.7　ARINC 816-1：机场地图数据库的嵌入式互换格式 299
第24章?软件复用 300
24.1　引言 300
24.2　设计可复用构件 301
24.3　复用先前开发的软件 304
24.3.1　为在民用航空产品中使用而评价PDS 305
24.3.2　复用未使用DO-178［］开发的PDS 308
24.3.3　COTS软件的额外考虑 310
24.4　产品服役历史 311
24.4.1　产品服役历史的定义 311
24.4.2　使用产品服役历史寻求置信度的困难 311
24.4.3　使用产品服役历史声明置信度时考虑的因素 312
第25章?逆向工程 313
25.1　引言 313
25.2　什么是逆向工程 313
25.3　逆向工程的例子 314
25.4　逆向工程要考虑的问题 314
25.5　逆向工程的建议 315
第26章?外包和离岸外包软件生命周期活动 321
26.1　引言 321
26.2　外包的原因 322
26.3　外包的挑战和风险 322
26.4　克服挑战和风险的建议 325
26.5　总结 331
附录A?活动转换准则举例 332
附录B?实时操作系统关注点 338
附录C?为安全关键系统选择实时操作系统时考虑的问题 341
附录D?软件服役历史问题 344
缩略语 348
参考文献 353
推荐读物 365