[發(fā)明專利]基于層次依賴建模的軟件FMEA方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310378809.3
• 申請(qǐng)日: 2013-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN103473400A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳玉美;吳立金;劉斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.基于層次依賴建模的軟件FMEA方法，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：?

第一步，確定分析目標(biāo)；?

通過目標(biāo)軟件的軟件需求規(guī)格說明文檔，利用需求關(guān)鍵性分析方法，識(shí)別目標(biāo)軟件的安全關(guān)鍵需求，根據(jù)安全關(guān)鍵需求得到安全關(guān)鍵功能；?

第二步，構(gòu)建系統(tǒng)級(jí)層次依賴關(guān)系模型；?

1）對(duì)目標(biāo)軟件進(jìn)行分解和數(shù)據(jù)精化；?

將安全關(guān)鍵功能進(jìn)行層次分解，分解出子功能；同時(shí)對(duì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的層次分解，結(jié)構(gòu)分解出軟件模塊；數(shù)據(jù)精化辨別出數(shù)據(jù)在模塊之間的傳遞關(guān)系包括交換數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)取值范圍、實(shí)時(shí)性約束；?

2）基于分解結(jié)果，為節(jié)點(diǎn)添加屬性，構(gòu)建層次依賴模型控制依賴關(guān)系；?

（1）增添系統(tǒng)級(jí)別層次依賴模型節(jié)點(diǎn)的信息?

通過現(xiàn)有的軟件模塊關(guān)鍵性分析方法，辨別分解后的模塊與分解后功能對(duì)應(yīng)關(guān)系以及模塊的安全關(guān)鍵性，將功能作為模塊的屬性；約定：上層模塊功能屬性是下層功能屬性的綜合，下層節(jié)點(diǎn)的功能屬性是上層的功能分解；?

在層次依賴模型中每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用一個(gè)八元組Na=(M，I，O，P，L，G，Q，C)來儲(chǔ)存信息，其中：?

a)M是節(jié)點(diǎn)的名稱（或編號(hào)），能唯一標(biāo)識(shí)這個(gè)節(jié)點(diǎn)，且不為空值；?

b)I是節(jié)點(diǎn)代表的模塊的輸入變量集合，非空，集合中的每個(gè)變量又分別是一個(gè)變量模型，變量模型包括變量編號(hào)、變量名稱、變量類型、變量作用域?qū)傩裕?

c)O是節(jié)點(diǎn)代表的模塊的輸出變量集合，其屬性與輸入變量I相同，即，集合中的每個(gè)變量也是一個(gè)變量模型，變量模型包括變量編號(hào)、變量名稱、變量類型、變量作用域?qū)傩裕?

d)P是處理過程描述，描述節(jié)點(diǎn)所代表的模塊的功能流程，可以是文字性描述，也可以是流程圖形式，主要用于分析人員對(duì)功能有更深刻理解，P可以為空；?

e)L是層次依賴模型中上層相關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的集合，即控制依賴本節(jié)點(diǎn)的上層節(jié)點(diǎn)集合，L包括上個(gè)橫向?qū)哟沃邢嘁蕾嚬?jié)點(diǎn)集合L1和上個(gè)縱向?qū)哟蜗嘁蕾嚬?jié)點(diǎn)集合L2；?

f)G是層次依賴模型中節(jié)點(diǎn)的功能屬性，包括詳細(xì)描述和功能關(guān)鍵詞兩個(gè)屬性，其中功?能關(guān)鍵詞屬性主要由分析人員的通用軟件失效模式集確定，功能關(guān)鍵詞用于FMEA自動(dòng)化查找失效模式，詳細(xì)描述是對(duì)功能關(guān)鍵詞進(jìn)行細(xì)致的描述，便于分析人員理解；?

g)Q是層次依賴模型中下一個(gè)層次相關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的集合，Q包括下個(gè)橫向?qū)哟蜗嘁蕾嚬?jié)點(diǎn)集合Q1和下個(gè)縱向?qū)哟蜗嘁蕾嚬?jié)點(diǎn)集合Q2；?

h)C表示本節(jié)點(diǎn)所處的層次，包括橫向?qū)哟渭翱v向?qū)哟危捎脤哟螌?duì)<橫向?qū)哟危v向?qū)哟?gt;表示；?

（2）識(shí)別系統(tǒng)級(jí)別的層次依賴模型中依賴關(guān)系及增添屬性?

模塊間的控制依賴關(guān)系是指模塊間的調(diào)用關(guān)系或包含關(guān)系，用模塊間的控制依賴邊表示，從代表調(diào)用模塊或總模塊的節(jié)點(diǎn)指向代表被調(diào)用模塊或子模塊的節(jié)點(diǎn)，用實(shí)箭頭表示；逆著箭頭方向是尋找失效的影響，順著箭頭是尋找失效的可能原因；?

模塊間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系是指模塊間的數(shù)據(jù)傳遞，在本模型中采用數(shù)據(jù)傳遞邊表示，數(shù)據(jù)傳遞邊從代表數(shù)據(jù)定義模塊的節(jié)點(diǎn)指向代表數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊的節(jié)點(diǎn)，用虛箭頭表示；順著箭頭是尋找失效的影響，逆著箭頭方向是尋找失效的原因；?

每個(gè)節(jié)點(diǎn)間的依賴關(guān)系采用一個(gè)七元組E=(I，Q，Z，L，P，C，Y)來儲(chǔ)存信息，其中：?

a)I表示的是依賴關(guān)系的編號(hào)，每個(gè)依賴關(guān)系都有唯一的編號(hào)；?

b)Q表示的是表示依賴關(guān)系箭頭的起點(diǎn)的名稱（或編號(hào)），由于不同依賴關(guān)系表示方式不同，起點(diǎn)是指箭頭連線的起始點(diǎn)，而非依賴關(guān)系的起點(diǎn)；?

c)Z表示的是表示依賴關(guān)系箭頭的終點(diǎn)的名稱（或編號(hào)），也是指箭頭連線的終點(diǎn)，而非依賴關(guān)系的終點(diǎn)；?

d)L表示的是依賴的類型，不同的依賴關(guān)系所使用的箭頭不同，箭頭的起點(diǎn)與終點(diǎn)的含義不同，如控制依賴的起點(diǎn)依賴終點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳遞是數(shù)據(jù)由起點(diǎn)傳遞到終點(diǎn)，終點(diǎn)依賴于起點(diǎn)，類型包括數(shù)據(jù)傳遞、控制依賴、同步依賴、通信依賴、控制流向，在系統(tǒng)級(jí)層次依賴模型中使用的是控制依賴與數(shù)據(jù)傳遞；?

e)P表示的是依賴的優(yōu)先級(jí)，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多條依賴關(guān)系時(shí)，通過優(yōu)先級(jí)表示此節(jié)點(diǎn)被依賴的順序，默認(rèn)情況下為0，數(shù)值越大，優(yōu)先級(jí)越低。如果在循環(huán)依賴的情況下有不同的優(yōu)先級(jí)，影響分析時(shí)，優(yōu)先級(jí)越高的首選被遍歷，只有在沒有更低的依賴關(guān)系時(shí)循環(huán)依賴遍歷完成。主要是用于更清楚的表現(xiàn)傳播影響路徑。在分析失效原因時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的首選被遍?歷；?

f)C表示依賴關(guān)系代表的操作的描述，包括：調(diào)用、包含、控制流向、數(shù)據(jù)讀、數(shù)據(jù)寫；?

g)Y表示依賴關(guān)系的約束，控制依賴的約束有遞歸、條件調(diào)用，數(shù)據(jù)依賴的約束有數(shù)值限幅、實(shí)時(shí)性要求，對(duì)約束還可以進(jìn)行詳細(xì)描述；?

3）基于數(shù)據(jù)精化的結(jié)果，在只包含控制依賴關(guān)系的層次依賴模型中，節(jié)點(diǎn)間增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞邊；?

為降低數(shù)據(jù)傳遞的冗余性，在系統(tǒng)級(jí)層次依賴模型中，數(shù)據(jù)傳遞邊只在模型的葉子節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建；通過對(duì)目標(biāo)軟件進(jìn)行分析，在葉子模塊間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系表現(xiàn)為以下五種形式：?

(1)全局變量和數(shù)組的數(shù)據(jù)傳遞；?

(2)函數(shù)調(diào)用形參傳遞；?

(3)函數(shù)內(nèi)部靜態(tài)局部變量的數(shù)值傳遞；?

(4)函數(shù)返回參數(shù)的傳遞；?

(5)其它公共數(shù)據(jù)交換模式，如文件、數(shù)據(jù)庫(kù)；?

第三步，選取約定層次，確定約定層次中每個(gè)模塊的失效模式，由系統(tǒng)級(jí)層次依賴模型節(jié)點(diǎn)可達(dá)性分析，分析失效原因追蹤路徑和失效影響傳播路徑,確定失效原因和失效影響，提出改進(jìn)措施；?

1）與現(xiàn)有技術(shù)一樣，首先選定要分析的層次，確定出合理的初始約定層次和最低約定層次；?

（1）確定初始約定層次?

它是系統(tǒng)級(jí)軟件FMEA最終影響的對(duì)象；?

（2）確定約定層次?

它規(guī)定了系統(tǒng)級(jí)軟件FMEA所要分析的軟件的范圍，超出這個(gè)范圍的其他所涉及到的因素都應(yīng)該劃歸為軟件的運(yùn)行環(huán)境范疇；?

（3）確定最低約定層次?

為是最低約定層次能夠明確定義，采用如下規(guī)定：?

●所有可獲得分析數(shù)據(jù)的軟件單元中最低的層次，它能夠有完整的輸入，或能夠?qū)?yīng)到軟件中的一個(gè)或幾個(gè)有一定功能的函數(shù)；?

●當(dāng)軟件中某模塊的失效將直接導(dǎo)致災(zāi)難的(I類)或致命的(II類)的后果時(shí)，則最低約定層次至少劃分到這一模塊所在層次；?

●確定或預(yù)期需要單元測(cè)試的最低產(chǎn)品層次，這些軟件單元可能導(dǎo)致臨界的(III類)或輕度的(IV類)故障?

2）獲取通用軟件失效模式集與確定待分析節(jié)點(diǎn)具體失效模式的步驟如下：?

（1）定義故障判據(jù)，它是根據(jù)產(chǎn)品的功能、性能指標(biāo)、使用環(huán)境等允許極限進(jìn)行確定的；本方法故障判據(jù)如下：?

a）軟件在規(guī)定的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，不能完成規(guī)定的功能；?

b）軟件在規(guī)定的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，某些性能指標(biāo)不能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；?

c）軟件在規(guī)定的條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，通過硬件引起對(duì)能源和物資等的消耗或人員、環(huán)境等的影響超出了允許范圍；?

d）技術(shù)協(xié)議或其他文件規(guī)定的故障判據(jù)；?

（2）對(duì)通過故障判據(jù)判定的故障進(jìn)行分析和抽象，采取了“輸入-輸出-處理-性能”分類方式對(duì)軟件中常見失效模式進(jìn)行總結(jié)歸類，形成通用的失效模式集S；?

（3）基于通用的失效模式集S和已經(jīng)建立的軟件系統(tǒng)依賴關(guān)系模型中節(jié)點(diǎn)的功能屬性，分析當(dāng)前關(guān)注的節(jié)點(diǎn)所代表的的模塊所有可能發(fā)生的具體失效模式集T；具體失效模式確定方法有：?

a）啟發(fā)式，直接來自于通用失效模式集的失效模式或某些失效模式的進(jìn)一步細(xì)化或變種；對(duì)采用現(xiàn)有的軟件，可從該軟件在過去的使用中所發(fā)生的故障模式為基礎(chǔ)，再根據(jù)該軟件使用環(huán)境條件的異同進(jìn)行分析修正，進(jìn)而得到該軟件的故障模式；?

b）借鑒式，從相似功能和相似結(jié)構(gòu)軟件中發(fā)生的故障模式作基礎(chǔ)，分析判斷其故障模式；?

c）腦力激蕩式，通過調(diào)查分析軟件失效發(fā)生機(jī)理，即根據(jù)常見軟件缺陷來預(yù)測(cè)可能的失效；?

d）變異式，從軟件使用環(huán)境，功能、體系結(jié)構(gòu)和維護(hù)要求以及可靠性、安全性要求等方面入手理解目標(biāo)軟件系統(tǒng)提取特有失效模式；?

e）索取式，對(duì)引進(jìn)國(guó)外貨架軟件，應(yīng)向外商索取其故障模式?

（4）將特有失效模式總結(jié)抽象，歸結(jié)到通用失效模式集S中，為以后分析提供借鑒；?

3）基于系統(tǒng)層次依賴關(guān)系模型進(jìn)行失效原因分析?

在層次依賴模型中，按照其控制依賴箭頭的正方向，數(shù)據(jù)傳遞箭頭的反方向，采用深度優(yōu)先遍歷算法，來查找目標(biāo)軟件中導(dǎo)致某一模塊失效的所有可能模塊；?

低層次產(chǎn)品的故障模式是緊鄰上一層次的故障原因這樣對(duì)的高層影響的自動(dòng)生成高層節(jié)點(diǎn)的故障模式，同時(shí)高層的相應(yīng)的故障原因也通過低層節(jié)點(diǎn)的故障模式自動(dòng)生成；?

對(duì)于分析到最低層失效原因時(shí)將失效原因歸結(jié)到軟件設(shè)計(jì)缺陷，或者通過詳細(xì)級(jí)確定失效更本質(zhì)的原因；?

4）利用系統(tǒng)級(jí)層次依賴模型進(jìn)行軟件失效影響分析?

采用深度優(yōu)先遍歷方法按照其控制依賴箭頭的反方向，數(shù)據(jù)傳遞箭頭的正方向，來查找目標(biāo)軟件中該模塊的失效所影響到的所有可能模塊對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；低層次的上級(jí)影響就是中間層次的故障模式，中間層次的上級(jí)影響又是更高層次的故障模式；中間層次和低層次的最終影響同對(duì)應(yīng)的最高層次的最終影響；根據(jù)影響到的節(jié)點(diǎn)的屬性，辨別影響到的節(jié)點(diǎn)的某一具體失效模式就是影響結(jié)果；?

每個(gè)節(jié)點(diǎn)，都有屬性加以信息約束，進(jìn)行尋找可達(dá)節(jié)點(diǎn)遍歷時(shí)由功能關(guān)鍵字搜索通用軟件失效模式集，將與之相關(guān)的所有失效模式查找出來；在遍歷過程中需對(duì)相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行功能關(guān)鍵字匹配，判斷是否有冗余；?

5）在系統(tǒng)級(jí)FMEA中對(duì)影響嚴(yán)酷度的判別?

首先由研制方從功能角度制定高層功能失效的嚴(yán)酷度，研制方制定功能失效嚴(yán)酷度層次應(yīng)在分解系統(tǒng)時(shí)，功能與結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)不完全對(duì)應(yīng)的一層；?

分析人員利用層次依賴模型，將影響定位到結(jié)構(gòu)中的模塊，高層的模塊與功能對(duì)應(yīng)，辨別影響到的高層功能，通過對(duì)高層功能的影響程度以及高層功能失效的嚴(yán)酷度確定底層失效的具體嚴(yán)酷度；如果底層失效引起高層功能完全失效，那么嚴(yán)酷度等級(jí)應(yīng)與高層一致，如果部分影響高層功能，即高層功能并未完全失效，那么嚴(yán)酷度等級(jí)應(yīng)該比高層功能失效低；?

6）改進(jìn)措施的提出?

對(duì)于軟件來講，改進(jìn)措施的提出方法主要結(jié)合現(xiàn)有的軟件可靠性設(shè)計(jì)方法，在系統(tǒng)級(jí)有以下方法：?

表1設(shè)計(jì)預(yù)防措施列表?

第四步，根據(jù)系統(tǒng)級(jí)軟件FMEA結(jié)果，選取詳細(xì)級(jí)FMEA分析對(duì)象?

為了降低分析人員選取分析模塊的隨意性，本方法針制定如下選取規(guī)則：?

1）功能重要性選取法，系統(tǒng)的核心模塊，實(shí)現(xiàn)其主要功能；?

2）體系重要性選取法，與其它模塊有較多的交互，通過耦合度計(jì)算度量；?

3）邏輯復(fù)雜性選取法，通過算法空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度度量；?

4）專家打分法，F(xiàn)MEA本身離不開分析人員的經(jīng)驗(yàn)，有經(jīng)驗(yàn)分析人員直覺出問題的模塊也是分析的重點(diǎn)；?

5）系統(tǒng)級(jí)軟件FMEA選取法，系統(tǒng)級(jí)軟件FMEA中查找到的會(huì)引起關(guān)鍵用例或功能發(fā)生失效的模塊，其嚴(yán)酷度或危害度在Ⅱ類（致命的，參見GJB1391）以上；?

第五步，以選取的分析對(duì)象的詳細(xì)設(shè)計(jì)或偽代碼為依據(jù)，構(gòu)建詳細(xì)級(jí)層次依賴模型；?

1）辨別分析對(duì)象的控制流?

控制流圖是程序依賴圖中數(shù)據(jù)依賴和控制依賴信息的載體，控制流節(jié)點(diǎn)中包含對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)依賴和控制依賴信息的域；?

2）識(shí)別節(jié)點(diǎn)，控制依賴關(guān)系與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系?

（1）識(shí)別詳細(xì)級(jí)層次依賴模型中節(jié)點(diǎn)?

在詳細(xì)級(jí)依賴模型中包含幾種類型的結(jié)點(diǎn)：?jiǎn)喂?jié)點(diǎn)，表示軟件中的單語句或某變量；域結(jié)點(diǎn)，概括了域中語句間的控制依賴；?

域節(jié)點(diǎn)可分為以下五大類型：1.模塊節(jié)點(diǎn)，表示系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)分解的模塊；2.函數(shù)節(jié)點(diǎn)，用于表述函數(shù)整體功能以及相關(guān)參數(shù)之間傳遞；3.復(fù)合語句節(jié)點(diǎn)，表述了一個(gè)復(fù)合語句整體?的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)一定算法功能的語句塊也可視為復(fù)合語句節(jié)點(diǎn)；4.謂詞控制節(jié)點(diǎn)，表示程序中的策略或分支條件，包括條件語句（包括switch語句）和循環(huán)語句的判斷部分等，用該語句謂詞的標(biāo)記表示；5.結(jié)構(gòu)化跳轉(zhuǎn)語句節(jié)點(diǎn)，包括break、continue、return等語句;?

在詳細(xì)級(jí)層次依賴模型每個(gè)域節(jié)點(diǎn)從功能出發(fā)，也約定上層節(jié)點(diǎn)功能屬性是下層功能屬性的綜合，用八元組Na=(M，I，O，P，L，G，Q，C)儲(chǔ)存信息，同系統(tǒng)級(jí)FMEA中模塊節(jié)點(diǎn)的定義；?

變量節(jié)點(diǎn)，包括變量ID、變量名稱、數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型、作用域、所處的域，別名屬性，采用一個(gè)七元組表示Nb=（ID，Name，L，CL，Y，SY，BN）；其中，?

a)ID作為一個(gè)變量節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)；?

b)Name表示變量的名稱，同一個(gè)名稱的變量可能因?yàn)樽饔糜虮硎静煌瑑?nèi)容；?

c)L表示數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)類型有整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、及公用體類型；數(shù)據(jù)類型決定了變量值的數(shù)據(jù)類型、表現(xiàn)形式和分配空間的大小以及對(duì)變量能執(zhí)行的操作；每個(gè)變量數(shù)據(jù)類型還應(yīng)標(biāo)識(shí)是否與時(shí)間相關(guān)以及時(shí)間約束特性；?

d)CL表示變量的存儲(chǔ)類型，在C/C++語言中，變量的存儲(chǔ)類型有4種：自動(dòng)類（auto）、靜態(tài)類（static）、寄存器類（register）來和外部類（extern）；?

e)Y表示變量的作用域，包括局部變量和全局變量，參數(shù)變量視為局部變量；?

f)SY表示變量屬于某個(gè)域節(jié)點(diǎn)內(nèi)，表示變量與某個(gè)域節(jié)點(diǎn)的從屬關(guān)系；?

g)BN表示數(shù)組變量、指針變量或全局變量、靜態(tài)變量的別名屬性，主要是因?yàn)槌霈F(xiàn)在不同的語句中，改變一處其他都會(huì)改變；別名屬性表示方法為<p,<t,i>,d,r>,并定義如下約束規(guī)則:?

(a)p、t是互為別名的變量編號(hào)；它們沒有先后順序之分，但如果其中一個(gè)是數(shù)組元素，則要把它放在t的位置；?

(b)i是數(shù)組元素t的下標(biāo)，如果t是普通的指針變量，則i=-1；如果t為多維數(shù)組元素，則可以用將i擴(kuò)展為多元組的方法，精確表示其下標(biāo)信息；?

(c)d是p的解引用級(jí)別，p=-1表示取地址；p=1表示指向；?

(d)r表示別名關(guān)系，r=D表示必然別名，r=P表示可能別名；?

(e)<＊p,<＊t,i>,d,r>與<p,<t,i>,d,r>等價(jià)，因此在集合中均表示為<p,<t,i>,d,r>；?

(f)p≠t，即不表示自反性導(dǎo)出的別名對(duì)；?

別名可以準(zhǔn)確地表示數(shù)組和指針的別名信息；別名問題主要指示了同名變量之間、參數(shù)傳遞之間或指針引用之間的依賴關(guān)系；?

（2）識(shí)別詳細(xì)級(jí)層次依賴模型中依賴關(guān)系?

定義1(控制依賴)?

令G是一個(gè)控制流圖，u和w是G中的節(jié)點(diǎn)；結(jié)點(diǎn)u是控制依賴w的，當(dāng)且僅當(dāng)：?

①在一條從u到w的有向路徑P，v(不包括結(jié)點(diǎn)U和w)是p中任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)，w是v的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)；?

②w不是u的后必經(jīng)結(jié)點(diǎn)；?

③控制依賴箭頭指向由u指向w；?

其簡(jiǎn)單理解為：如果結(jié)點(diǎn)u是控制依賴w，那么u必須有兩個(gè)出口；沿著其中的一個(gè)出口，總是導(dǎo)致執(zhí)行w，而另外一個(gè)出口則導(dǎo)致w不被執(zhí)行；?

定義2(數(shù)據(jù)依賴)?

設(shè)u與v為給定程序中兩條不同的語句，如果有一條從u到v的執(zhí)行路徑,同時(shí)存在一個(gè)在u處定義、v處引用的變量，且該變量在從u到v的執(zhí)行路徑上的其他位置沒有被重新定義，則稱v數(shù)據(jù)依賴于u；數(shù)據(jù)依賴在層次依賴模型中用數(shù)據(jù)傳遞表示，由u指向v；?

定義3同步依賴:設(shè)u與v為給定程序不同線程中的兩條語句,如果u執(zhí)行的開始或終止通過線程間同步直接決定v執(zhí)行的開始或終止,則稱v同步依賴于u；?

定義4通信依賴:設(shè)u與v為給定程序不同線程中的兩條語句,如果u計(jì)算的變量的值通過線程間通信直接影響在v計(jì)算的變量的值,則稱v通信依賴于u；?

在詳細(xì)級(jí)層次依賴模型中依賴屬性與系統(tǒng)級(jí)依賴關(guān)系屬性定義完全一樣，采用一個(gè)七元組E=(I，Q，Z，L，P，C，Y)表示；?

2）節(jié)點(diǎn)與依賴關(guān)系的精簡(jiǎn)?

（1）如果x是條件謂詞節(jié)點(diǎn)，在信息的傳遞過程中只充當(dāng)中介，以它為基礎(chǔ)對(duì)依賴圖進(jìn)行傳遞轉(zhuǎn)換，同時(shí)刪除這個(gè)節(jié)點(diǎn)以及它依賴于其他節(jié)點(diǎn)的依賴邊；?

（2）詳細(xì)級(jí)FMEA中關(guān)注的是待分析變量之間的依賴關(guān)系，所以依賴模型中的中間媒介變量就可以省略；?

（3）對(duì)全局變量和局部變量的不需要區(qū)別處理，只要把沒有對(duì)外可見性的局部變量節(jié)點(diǎn)從依賴模型圖中刪除即可；?

（4）兩個(gè)方法的參數(shù)結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系用方法之間的數(shù)據(jù)依賴來表示；每個(gè)過程依賴圖只需用過程入口結(jié)點(diǎn)表示即可，而不必再展開表示;?

3）關(guān)于變量的依賴關(guān)系構(gòu)建?

如果從變量定義節(jié)點(diǎn)到使用變量的節(jié)點(diǎn)之間沒有該變量的重新定義并且使用變量的節(jié)點(diǎn)包含變量定義節(jié)點(diǎn)定義的變量，則稱該變量使用節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)依賴于該變量定義結(jié)點(diǎn)；添加數(shù)據(jù)流邊由變量定義節(jié)點(diǎn)指向使用變量的節(jié)點(diǎn)；?

在C/C++程序中主要是引用和指針導(dǎo)致別名；對(duì)于靜態(tài)變量、全局變量、靜態(tài)參數(shù)變量，通過別名表示，按別名屬性以暗線形式搜索路徑；對(duì)于變量傳遞到另一個(gè)域節(jié)點(diǎn)中，利用變量節(jié)點(diǎn)的屬于（SY）屬性將變量與相關(guān)域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)聯(lián)，辨別同名變量的依賴關(guān)系；?

4）關(guān)于謂詞控制節(jié)點(diǎn)的控制依賴構(gòu)建?

軟件中有三種主要的控制結(jié)構(gòu)，分別為順序結(jié)構(gòu)，判斷結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)；對(duì)各種控制節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建；?

5）關(guān)于函數(shù)的依賴關(guān)系構(gòu)建?

（1）辨別函數(shù)調(diào)用關(guān)系?

在每個(gè)調(diào)用位置節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的過程入口節(jié)點(diǎn)之間加入調(diào)用邊；如果是條件依賴在依賴約束屬性Y中要加以限定；?

（2）調(diào)用關(guān)系中構(gòu)建參數(shù)依賴或輸入、輸出依賴；?

變量對(duì)函數(shù)的依賴有四種形式，一種是傳值，另一種是傳址或傳引用；第三種是通過全局變量或靜態(tài)變量來聯(lián)系；第四種，被調(diào)函數(shù)返回值賦值給變量；?

（3）將形參視為內(nèi)部局部變量，構(gòu)建被調(diào)用函數(shù)內(nèi)部依賴關(guān)系；參數(shù)和函數(shù)調(diào)用點(diǎn)之間規(guī)定為形參控制依賴于函數(shù)定義入口；?

（4）對(duì)于控制節(jié)點(diǎn)和復(fù)合語句等，可以視為多入口和多出口的函數(shù)，出口是通過同名變量；?

6）內(nèi)聯(lián)與遞歸函數(shù)構(gòu)建方法?

（1）多態(tài)函數(shù)時(shí)可當(dāng)做一般函數(shù)處理，只是將調(diào)用的函數(shù)名稱展開成幾個(gè)橫向?qū)哟危?每個(gè)橫向?qū)哟蚊枋雒恳粋€(gè)多態(tài)函數(shù)的內(nèi)部層次模型；分析失效影響和原因時(shí)等同的每個(gè)多態(tài)函數(shù)遍歷；?

（2）用函數(shù)內(nèi)聯(lián)的方法處理將調(diào)節(jié)點(diǎn)用被調(diào)用的函數(shù)體替換，在層次依賴模型中，可以視為傳引用方式的函數(shù)；?

（3）確定函數(shù)之間調(diào)用關(guān)系以及標(biāo)記是否條件調(diào)用之后，模擬遞歸子程序的執(zhí)行過程，分兩步分析遞歸函數(shù)A的依賴關(guān)系:?

a）去掉S1到S2且通過call?A的路徑上的所有語句，然后搭建A的依賴模型圖，并求出參數(shù)之間的依賴關(guān)系；這相當(dāng)于模擬了遞歸過程中最后一次對(duì)A的調(diào)用由于語句S1中的條件不能滿足而跳過了call?A的執(zhí)行；?

b）恢復(fù)第一步去掉的語句，建立callA輸入與輸出的數(shù)據(jù)傳遞，增加call?A指向A的控制依賴，并標(biāo)記依賴約束為遞歸；根據(jù)遞歸中的返回過程，增加call?A前面節(jié)點(diǎn)到S2后節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳遞；?

（4）間接遞歸建模過程和處理算法?

a）求出這些子函數(shù)分析的順序；?

(a)在調(diào)用回路中，逐條斷開條件調(diào)用邊直到某一節(jié)點(diǎn)的出度為0；如果去掉所有能去掉的條件調(diào)用邊，沒有找到出度為0的節(jié)點(diǎn)，則此遞歸調(diào)用一定不能終止，出現(xiàn)死循環(huán)；?

(b)如果節(jié)點(diǎn)A的出度為0，則去除節(jié)點(diǎn)A和所有指向A的邊，包括條件調(diào)用邊，然后找下一個(gè)出度0的節(jié)點(diǎn)，直到列出所有節(jié)點(diǎn)為止，如果在此過程中，又出現(xiàn)了回路，轉(zhuǎn)(1)；設(shè)A0,A1,…,AZ是求得的分析序列；?

b）計(jì)算所有子程序的參數(shù)依賴集.?

(a)按第一步求得的分析順序算出各個(gè)子程序程序依賴圖PDG和形參依賴集.在計(jì)算A_i時(shí),如果A_i→A_j(c)是在a）的(a)中被斷開的條件調(diào)用邊,則在這次計(jì)算中將不考慮A_i對(duì)A_j的調(diào)用，具體處理與直接遞歸a）相似，如果是被斷開的不是條件調(diào)用邊，直接按關(guān)于函數(shù)的依賴構(gòu)建方法；?

(b)逐次加上在a）的(a）中被斷開的條件調(diào)用邊，增加Ai與Aj之間輸入與輸出的數(shù)據(jù)傳遞，具體處理與直接遞歸b）相似?

7）并發(fā)程序?qū)哟我蕾嚱?

（1）描述程序P的并發(fā)程序流圖；用cobegin和coend分別表示線程的創(chuàng)建和終止，將cobegin、coend以及共享變量讀寫語句統(tǒng)稱為交互語句；?

（2）根據(jù)交互語句將線程分塊，稱為線程域；每個(gè)線程域用一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示，節(jié)點(diǎn)間的邊表示交互活動(dòng)，由此生成線程交互圖將每個(gè)線程域用一個(gè)節(jié)點(diǎn)表示，節(jié)點(diǎn)間的邊表示相應(yīng)的交互活動(dòng)，由此生成的圖稱做線程域交互示意圖；?

（3）給定p個(gè)線程{t0,t1,…,tp1}的線程域交互示意圖（<Ni,Ei,nsⁱ,Fi,Li>,0≤i<p,主程序作為t0處理），根據(jù)交互活動(dòng)的標(biāo)簽,可對(duì)由這組線程所構(gòu)成的并發(fā)程序進(jìn)行可達(dá)性分析，生成線程交互可達(dá)圖；?

程交互可達(dá)圖的節(jié)點(diǎn)，表示并發(fā)程序在執(zhí)行一系列交互活動(dòng)后所到達(dá)的程序狀態(tài)，用p元組表示，第i個(gè)分量為第i個(gè)線程即將執(zhí)行的線程域；可達(dá)性分析從初始可達(dá)標(biāo)志ms開始，,其中⊥表示任務(wù)未激活或已終止，根據(jù)可能發(fā)生的交互活動(dòng)，生成所有可能的后繼可達(dá)標(biāo)志，后繼可達(dá)標(biāo)志與前驅(qū)可達(dá)標(biāo)志除發(fā)生交互的線程的分量發(fā)生變化外，其余分量不變；?

（4）對(duì)任意可達(dá)標(biāo)志m，在m的各線程域分量中出現(xiàn)的語句都有可能在m下執(zhí)行，m只能與這些語句進(jìn)行組合；同一語句與不同的程序狀態(tài)組合生成不同的M-S對(duì)；在依賴模型中表現(xiàn)形式是對(duì)節(jié)點(diǎn)S進(jìn)行屬性擴(kuò)充，增加一個(gè)程序狀態(tài)屬性（M）；同一個(gè)語句根據(jù)所處的不同狀態(tài)可能產(chǎn)生不同的失效影響路徑；?

第六步，根據(jù)詳細(xì)級(jí)層次依賴模型，選取要分析的關(guān)鍵變量?

1）變量類型選取法?

在軟件開發(fā)過程中，根據(jù)不同需要定義不同類型變量，所以不同類型的變量有著不同的作用以及重要性，F(xiàn)MEA中重點(diǎn)關(guān)注一下類型變量：?

（1）有多個(gè)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用的全局變量；?

（2）外部的參數(shù)變量；?

（3）算法輸出變量；?

（4）軟件接口變量，尤其是硬件輸入的變量?

2）體系結(jié)構(gòu)“度”值選取法?

根據(jù)依賴關(guān)系對(duì)變量節(jié)點(diǎn)、域節(jié)點(diǎn)采用內(nèi)聚度和耦合度算法進(jìn)行“度”的度量：?

（1）圖的體積(用V表示)?

假設(shè)圖中節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)為n個(gè),圖的層次為m層(這里的層次類似于樹的深度),那么這個(gè)圖的體積V=n＊m；?

（2）內(nèi)聚度(用COH表示)?

假設(shè)圖中邊的條數(shù)為e條,圖的體積為V,那么這個(gè)圖所代表的模塊的內(nèi)聚度COH=e/V；（3）依賴率(用G表示)?

用一個(gè)依賴圖的兩個(gè)子圖A,B分別代表兩個(gè)模塊；假設(shè)圖A中有n1個(gè)節(jié)點(diǎn)與B中的節(jié)點(diǎn)存在邊,圖B中有n2個(gè)節(jié)點(diǎn)與A中的節(jié)點(diǎn)存在邊；則A對(duì)B的依賴率GA=n2/n1,B對(duì)A的依賴率GB=n1/n2；?

（4）耦合度(用COU表示)?

假設(shè)子圖A中的節(jié)點(diǎn)與子圖B中的節(jié)點(diǎn)存在的邊的條數(shù)為e1條,A對(duì)B的依賴率為η_A,那么A對(duì)B的耦合度為COUA=e1×η_A;假設(shè)子圖B中的節(jié)點(diǎn)與子圖A中的節(jié)點(diǎn)存在的邊的條數(shù)為e2,B對(duì)A的依賴率為η_B,那么B對(duì)A的耦合度為COUB=e2×η_B

內(nèi)聚度越大，內(nèi)部越復(fù)雜，其內(nèi)部體系重要度越高；節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)聯(lián)程度越大,則耦合度越強(qiáng),反之亦然；通過分析各個(gè)變量與其他節(jié)點(diǎn)之間的耦合度，耦合度比較大的其外部依賴關(guān)系越復(fù)雜，其外部體系重要度更高；如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合度相同，可以計(jì)算與之相連節(jié)點(diǎn)耦合度之和，與之相連節(jié)點(diǎn)耦合度之和越大，則本節(jié)點(diǎn)體系重要度越大；?

3）系統(tǒng)級(jí)FMEA選取法?

對(duì)系統(tǒng)級(jí)FMEA選取的重要模塊，向下追蹤原因，逐漸追蹤到一組變量集，選擇這些波及到的變量作為分析對(duì)象，然后逐漸對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行失效模式分析；?

第七步，確定待分析變量的具體失效模式，由詳細(xì)級(jí)別依賴模型可達(dá)性節(jié)點(diǎn)分析，分析變量的產(chǎn)生原因及失效影響，提出改進(jìn)措施?

1）詳細(xì)級(jí)變量的失效模式確定?

詳細(xì)級(jí)分析對(duì)象是變量，失效模式的確定依據(jù)變量的屬性確定；變量具有名字、地址、值、作用域、生存期屬性；與現(xiàn)有分析方式一樣，根據(jù)變量的相關(guān)屬性，查找詳細(xì)級(jí)通用失效模式集，確定變量的具體失效模式；?

2）基于詳細(xì)級(jí)層次依賴模型的失效原因分析?

在對(duì)軟件失效原因的遍歷與失效影響的遍歷恰好相反，以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)開始，按控制依賴箭頭方向，按數(shù)據(jù)傳遞箭頭反方向遍歷；再以下一層被依賴的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迭代搜索，一直搜索到下層沒有相依賴的節(jié)點(diǎn)或者達(dá)到最低約定層次為止；遍歷方法與分析方法與系統(tǒng)級(jí)一樣，下層失效模式是上層的失效原因；軟件失效原因是由于軟件缺陷在運(yùn)行時(shí)被觸發(fā)而產(chǎn)生的；?

3）基于詳細(xì)級(jí)層次依賴模型的失效影響分析?

此軟件失效影響分析問題可以被轉(zhuǎn)化為在系統(tǒng)層次依賴關(guān)系模型中圖的遍歷算法；?

以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)開始，按控制依賴反箭頭方向，按數(shù)據(jù)傳遞箭頭方向遍歷；再以上一層所依賴的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行迭代搜索，一直搜索到上層沒有相依賴的節(jié)點(diǎn)或者達(dá)到初始約定層次為止；遍歷分析方法與過程和系統(tǒng)級(jí)一樣；?

4）改進(jìn)措施提出方法?

主要利用軟件的故障判斷和故障處理；?

軟件故障處理包括信息容錯(cuò)和時(shí)間容錯(cuò)；?

表2詳細(xì)級(jí)改進(jìn)措施方法?

。