Qualidade de Sistemas Intensivos em Software no contexto de Missões Espaciais Dra Fátima Mattiello-Francisco

(1)

Março/2015

Qualidade de Sistemas Intensivos

em Software no contexto de

Missões Espaciais

Dra Fátima Mattiello-Francisco

(2)

l 

Formação:

– 

Bacharel em Ciência da Computação – ICMC/ USP

– 

Mestre em Eletrônica e Telecomunicações – INPE - Sistemas Tolerantes a Falhas

– 

Doutora em Engenharia da Computação - Teste de Software – ITA

l 

Cargo: Tecnologista Sênior/ Engenharia de Software

Laboratório de V&V sis -

Coordenação de Gestão de Tecnologias (TEC) / NIT-INPE Docente do Curso de Engenharia de Sistemas Espaciais - ETE

l 

Projetos de Satélites

– 

Desenvolvimento do Software - Segmento Solo

l 

Satélite de Coleta de Dados – SCD – Sistema de Controle da Antena

l 

Satélite Científico – SACI – Sistema TM/TC

– 

Integração dos experimentos científicos – carga útil SACI

l 

Integração com OBDH

l 

Integração com Solo

– 

Missões de Nanosatélites – NanoSatC-BR e CONASAT

– 

SINDA – Sistema INtegrado de Dados Ambientais – Modernização do Centro Missão SCD

l 

Programa Brasileiro para a Estação Espacial Internacional – ISS

l 

Missão de Balão Estratosférico

– 

Software de recepção da TM telescópio MASCO – Máscara Codificada para imagear Raios-X

– 

Segmento Solo da Missão ProtoMIRAX – projeto FINEP – previsão de lançamento 2016

l 

Projeto de Pesquisa em Teste de Software

– 

PLAVIS – CNPq Universal cooperação ICMC-USP e IC-Unicamp

– 

REVVIS – Revisão de Especialista em Verificação e Validação Independente de Software

– 

Robust Web – Cooperação Brasil – França

– 

REACT – Recuperação de erros em Sistemas Assíncronos Sensíveis ao Contexto

– QSEE – Qualidade do Software Embarcado em Aplicações Espaciais – FINEP

(3)

l

 

Contextualização

l

 

Sistemas Intensivos em Software

l

 

ECSS e ciclo de vida de missões espaciais

l

 

Verificação e Validação

l

 

Qualidade do Processo

l

 

Qualidade do Produto

l

 

Experiências em IV&V

–

 

Aplicação de metodologias MBT

l

 

Modelagem

l

 

Geração automática de testes

l

 

Execução

(4)

Ø

 

Crescente preocupação das agências espaciais

mundiais a partir dos anos 90 com a qualidade dos projetos

Ø

 

satélites

Ø

 

veículos lançadores

Ø

 

operação de missões em solo

Ø

 

Evolução tecnológica dos sistemas computacionais

(hardware e software) aumenta as funcionalidades

implementadas por software – software mais complexo

sistemas intensivos em software

Ø

 

Grandes investimentos do setor industrial na melhoria

dos processos adotados no desenvolvimento de software

Qualidade do processo de software - CMMI

Contextualização

(5)

Elementos da missão espacial

WERTZ – Space Mission Analysis and Design

Como as partes da missão

se comunicam

Pessoas e Software

que executam a

missão no dia a dia

Equipamentos de

comunicação e

facilidades de solo

para controle do

satélite

Como o satélite é colocado

na órbita especificada

O que o satélite observa (passive

subject) ou interage (active or

controlable subject)

A trajetória do satélite

durante a vida útil da

missão

Hardware e software que

operam no espaço para

observar ou interagir

com o alvo da missão

(6)

Power

TM/TC

OBDH

Outros

Plataforma do

Satélite

PDC

SWPDC

IONEX

EPP-1

(real)

EPP-2

(real)

Carga útil

Sensors

Measurements

Commands

Other

Commands

System Bus

TC from OBDH

TM to OBDH

Subsistema de

Controle e

Atitude

AOCS

computer

A

ctu

ato

rs

GROUND SYSTEM CONCEPTION FOR SACI-1

TC

Transmitter/Receiver

Satellite Telemetry

&

Payload Telemetry

Telecommand

Antenna Control

TM

INTERNET

Data Base SERVER

Scientific Community

Sistemas Intensivos em Software

Centro de Missão

Centro de Controle

(7)

ACDH

(8)

ECSS Structure

:

Cliente x Fornecedor

(9)

ECSS-E-40 requirements

l

 

Requirements are established for the following disciplines:

–

 

system engineering processes related to SW

–

 

software requirements engineering

–

 

software design engineering

–

 

software validation and acceptance

–

 

software operations engineering

–

 

software maintenance

–

 

software verification and validation (supporting process)

l

 

Additional requirements exist for specific types of SW or

development:

–

 

space segment

–

 

ground segment

–

 

SW reuse

–

 

man-machine interfaces

–

 

critical SW

(10)

ECSS-Q-80 requirements

l

 

Programmatic requirements on SW product assurance:

–

 

organisation

–

 

responsibilities

–

 

planning

–

 

management

l

 

Software process assurance:

–

 

lifecycle

–

 

software development processes

l

 

Software product assurance:

–

 

quality objectives and metrication

(11)

Especificação Requisitos

Modelos

formais

Linguagem

Natural

Software Embarcado

Qualidade do Produto

Qualidade

do Processo

+

Qualidade

[

NBR ISO 8402

]

A totalidade das

CARACTERÍSTICAS de uma ENTIDADE

que lhe confere

a capacidade de satisfazer às

necessidades explícitas e implícitas

de

(12)

9001

12207

CMMI

15504

mpsBr

Qualidade de Processo

Objetivos

Recursos e Infraestrutura

Entradas

Saídas

atividades

Processo

: É uma sequência de atividades realizadas

para atingir um determinado propósito com o

apoio de ferramentas especificadas.

(13)

9001

12207

CMMI

15504

mpsBr

Modelos de Referência

Qualidade do Processo de SOFTWARE

Objetivos

Recursos e Infraestrutura

Entradas

Saídas

(14)

Qualidade do Processo de SOFTWARE

Processos de Ciclo de Vida do Software

[ISO/IEC 12207]

(15)

VERIFICAÇÃO

Requisitos

Especificação

PRODUÇÃO

Métodos de

Verificação

Ø

 

Teste

(mede o desempenho e

funcionamento do produto em ambientes

real ou simulados)

Ø

 

Revisão de projeto

(

documentos de projeto

evidenciam que os requisitos foram cumpridos)

Ø

 

Análise

(

técnicas analíticas ou similaridade

)

Ø

 

Inspeção

(

determinação visual características físicas

)

[

ECSS-E-10-02A

]

(16)

VERIFICAÇÃO

Requisitos

Especificação

PRODUÇÃO

Processos de Verificação e Validação

TESTES

V&V

Build the Right Product

Build the Product Right

(17)

Qualidade de Processo do Software

Modelo V

Requisitos

_Aceitação

Teste de

Código

Espec. Sist.

Teste de

Sistema

Arquitetura

Teste de

Integração

Projeto

Teste de

(18)

Ciclo de vida da missão Espacial

(19)

SRR

PDR

CDR

•   Especificação do SW

•   Definição das interfaces

•   Análise de requisitos

•   Projeto Preliminar

•   Prototipação

Revisão de Requisitos do SW

Revisão de Prelimiar de Projeto

•   Projeto Detalhado

•   Implementação e Testes

Revisão Crítica de Projeto

Especificacão de

Sistema

Integracão de sistema

Qualidade do Processo

de Software - INPE

(20)

O+A

B

C

D

E

F

MISSÃO / FUNÇÃO REQUISITOS DEFINIÇÃO & JUSTIFICATIVA VERIFICAÇÃO incluindo QUALIFICAÇÃO Ciclo de vida da missão espacial PROCESSOS DO CICLO DE VIDA DO SOFTWARE PRODUÇÃO UTILIZAÇÃO PÓS VIDA ÚTIL

A

T

I

V

I

D

A

D

E

S

FASES DA MISSÃO ESPACIAL

Processos da Engenharia de REQUISITOS e ARQUITETURA de SOFTWARE Processos de OPERAÇÃO do SOFTWARE Processos de MANUTENÇÃO do SOFTWARE

REVISÕES de MISSÃO _MDR

_PRR _SRR _PDR _CDR _QR _AR _ORR _FRR

EOL Processos da Engenharia de SISTEMAS relacionado ao SOFTWARE Processos da Engenharia de PROJETO e IMPLEMENTAÇÃO do SOFTWARE Processos de VERIFICAÇÃO do SOFTWARE Processos de VALIDAÇÃO do SOFTWARE Processos de ACEITAÇÃO do SOFTWARE DDR

V&V

(21)

Especificação Requisitos

Modelos

formais

Linguagem

Natural

Software Embarcado

Qualidade do

Produto

Qualidade

do Processo

(22)

Normas de Qualidade de Produto

de Software

ISO/IEC 12119 - Tecnologia da

Informação - Pacotes de

Software - Teste e Requisitos de

Qualidade

ISO/IEC 9126 - Engenharia de

Software - Qualidade de

Produto

de Software

1:

Modelo de Qualidade

2:

Métricas Externas

3:

Métricas Internas

4:

Métricas de Qualidade

em Uso

ISO/IEC 14598 - Engenharia de

Software - Processo de

Avaliação de Produto de

Software

1:

Visão Geral

2:

Gestão e Planejamento

3:

Processo para

Desenvolvedores

4:

Processo para Adquirentes

5:

Processo para Avaliadores

6:

Documentação para Módulos

(23)

processo

produto de software

Efeito do

produto de

software

depende de

Atributos de

qualidade

externa

influencia

Atributos de

qualidade

interna

influencia

medidas do

processo

medidas

_internas

medidas

_externas

medidas de

qualidade

em uso

Atributos de

qualidade em

uso

Contexto de uso

Qualidade de

processo

influencia

Modelo da Qualidade de Produto

de Software NBR ISO/IEC 25000

Visões da qualidade no ciclo de vida de um

produto

(24)

Modelo da Qualidade de Produto

de Software NBR ISO/IEC 25000

l

 

Em conjunto com a ISO/IEC 12207 (ciclo de

vida de software) para:

u

 

obter uma estrutura para definição de requisitos de

qualidade de software nos processos primários do

ciclo de vida;

u

 

dar suporte para

revisão, verificação e validação

nos processos de suporte de ciclo de vida.

(25)

Qualidade do

Produto de Software

(ISO/IEC série 9126,

reformulada em 2007

na serie ISO/IEC

25000).

Modelo de Qualidade

de Software [SQuaRE]

(26)

Software Piloto do QSEE

Especificação

Cliente

2 versões

Fornecedores

Experiência em IV&V software

CARGA ÚTIL

Imageamento contínuo (mínimo 9

meses) de Raios X de uma vasta

região em torno do plano Galático

central para fenômenos transientes

Instrumento Imageador de Raios X

Ø

 

Computador PDC -

SWPDC

Ø

 

Computador - Eventos das Câmeras - EPPs

Ø

 

2 Câmeras de Raios X - HXI

(27)

Requisitos Base

+ Especificação Técnica

l

 

Metodologia de especificação dos testes – CoFI

l

 

Participação nas revisões de projeto

l

 

Refinamento da Modelagem usando o Manual do Usuário

OBDH

Simulador

Comandos/ Relatos de Teste

Data

Base

SIMULADOR

EPPs

SWPDC

QSEE-TAS

Processo de Verificação e Validação Independente

IVV

l

 

Ferramenta de Geração Automática de Testes – CONDADO

(28)

Fabrica de Software

Planejamento

Construção

Gerência de Configuração

Gerência de Mudança

Análise de Requisitos

Projeto Lógico

Projeto Físico

Testes

Entrega/Homologação

Acompanhamento

Garantia da Qualidade

Revisão por Pares

Fases do ciclo de

vida do software

áreas chave de

processos CMMI

níveis 2 e 3

Processos de Apoio

Planejamento

Construção

Gerência de Configuração

Gerência de Mudança

Análise de Requisitos

Projeto Lógico

Projeto Físico

Testes

Entrega/Homologação

Acompanhamento

Garantia da Qualidade

Revisão por Pares

(29)

(30)

SRR PDR CDR QR AR Instrumento

(Fornecedor)

Subsistema

(Cliente) _(Cliente)Sistema

29/09/05 29/11/05 30/11/05 03/05/06 04/05/06 05/05/06 03/07/06 04/07/06 29/08/06 30/08/06 MODELO DE ENGENHARIA MODELO DE VÔO 29/09/06 30/11/06 DDR 07/03/06 08/03/06

Revis

õ

es Técnicas

Software

Modelo de Engenharia

Modelo de V

ôo

Aceitação

Plano VVI

SRR- Revisão Requisitos de Software PDR – Revisão de Projeto Preliminar DDR – Revisão de Projeto Detalhado CDR – Revisão Crítica de Projeto QR - Revisão de Qualificação AR – Revisão de Aceitação

PDSw

ETS

DPS

PTS

Código

Fonte

Plano de Desenvolvimento de Software

Especificação Técnica

Plano de Teste

Documento de Projeto de Software

MUS

Manual do Usuário

RTS

Relato de Teste

Espec -

Protocolos

RB

Requisitos de Base

Processo desenvolvimento do Software

(31)

OBDH

emulator

b

Send Response TC verification Command Execution Mode Control Scientific Data

a

c

_managementMemory Watchdog Control Analog/ Digital Telemetry House-keeping

Payload

Command

TM

Data

Base

Visualization

LabView environment

Ambiente de Teste

Soft X-Ray Data Command to EPPs Hard X-ray Data

EPPs

SIMULATOR

Validação – nível de Instrumento

Aceitação do Software Embarcado

SWPDC

(32)

`

QSEE-TAS

EPPs Simulator

SWPDC embedded

in the PDC board

Mem. error

Watchdog

simulation

Comm. error

OBDH simulator

EPPs simulator

(33)

LabV&Vsis

pesquisa

operacional

•   pós-graduação

•   projetos em rede

•   parcerias nacionais

•   parcerias internacionais

Métodos de teste Processos de Teste Ferramentas de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Mecanismos de Testes

Sw embarcado em sistemas aeroespaciais

• _•

  Processos de V&V - normas

_{Testes de Sw embarcado}

•   Revisão de Artefatos de Sw

Processos PLAVIS QSEE-Tas CoFI Protocolos Injetor falhas

customização

?

Sw crítico em sistemas de ≠s domínios

•

•   Automotiva

  Controle Tráfego Aéreo

(34)

LabV&Vsis framework

pesquisa

operacional

Métodos de geração de teste Processos de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste

PLAVIS CoFI _{Injetor de Falhas}

InRob CONDADO RACME Normas – Sistemas Espaciais QSEE-Tas Histórico de Teste VVTeste

Ferramentas de Teste

QSEE

FIAT

protoMIRAX

ECSS

SPADA

Aceitação de Sw

6 pessoas

• 3 sistema

• 2 testadores

• 1 modelagem

(35)

(36)

LabV&Vsis framework

pesquisa

operacional

PLAVIS CoFI _{Injetor de Falhas}

InRob CONDADO RACME Normas – Sistemas Espaciais QSEE-Tas Histórico de Teste VVTeste

Ferramentas de Teste

QSEE

FIAT

protoMIRAX

ECSS

(37)

(38)

SRR

PDR

DDR

CDR

AR

TecSpec GCR

Int Req ICD

Sw Dev Plan

TecSpec SwGS

VV Plan

Sw Dev Plan

TecSpec SwGS

Sw Design GS

Sw Test Spec

VV Report

Sw Design

SwGS Code

Sw Test Spec

Sw Test Report

User Manual

VV Report

GCR deliver

User Manual

GRC Test Spec

GRC Test Reprt

Sw Development

GCR Integration

SubSystem

Legend:

Green = Customer’s Deliverable

Blue = Supplier’s Deliverable

Red = VV Customer’s Deliverable

Boldface and Underlined = Final Issue

Subsistema Controle e Recepção Solo - CRS

Deliverables:

RID = Review Item Discrepancy

Req = Requirements

Int = Interface

Acc = Acceptance Testing

Integration

Ground Station

& TcTm

CompSystem

Integration

Ground Seg

& Space Seg

GS

TC

TM

TecSpec GCR

Int Req ICD

Sw Dev Plan

TecSpec SwTcTm

VV Plan

Sw Dev Plan

TecSpec SwTcTm

Sw Design TcTm

Sw Test Spec

VV Report

Sw Design

SwTcTm Code

Sw Test Spec

Sw Test Report

User Manual

VV Report

User Manual

Sw Acc Test Spec Sw Acc Test Rep

SwGCR Code

VV Report

A

C

E

P

T

A

N

C

E

Formal

Review

RIDs

Ago/13

QR

Dez/13

Foco no Plano

de Voo

(39)

LabV&Vsis framework

Pesquisa em V&V

operacional

PLAVIS CoFI _{Injetor de Falhas} InRob CONDADO RACME Normas – Sistemas Espaciais QSEE-Tas Histórico de Teste VVTeste

Ferramentas de Teste

QSEE

FIAT

protoMIRAX

ECSS

Aceitação de Sw

_SPADA

4 pessoas

• 1 sistema

• 2 testadores

• 1 modelagem

(40)

(41)

LabV&Vsis framework

Pesquisa em V&V

operacional

PLAVIS CoFI _{Injetor de Falhas} InRob CONDADO RACME Normas – Sistemas Espaciais QSEE-Tas Histórico de Teste VVTeste

Ferramentas de Teste

QSEE

FIAT

protoMIRAX

ECSS

Aceitação de Sw

_SPADA

4 pessoas

• 1 sistema

(42)

NANOSATC-BR1

l

 

Plataform: Cubesat 1U

l

 

Launch: 19 de Jun de 2014

l

 

Payload

–

 

Magnometer

–

 

“Driver” on/off

–

 

FPGA

(43)

NANOSATC-BR

–

 

Brazilian satellite for the purpose of collecting the Earth's magnetic

field data and test in flight, integrated circuits designed in Brazil for

radiation resistance.

(44)

Architecture of NANOSATC-BR

(45)

Proposed TEST SYSTEM

–

 

The proposed Test System architecture supports the V&V process

focusing on interoperability features between the onboard computer

and its payloads.

(46)

TestLink na gerência de testes

- Projeto

-

 

Item de teste

(

componente, módulo,

subsistema

)

-

 

Tipo de teste

(

Aceitação,

Integração, Unidade, Sistema

)

-

 

Ambiente

-

 

Workbench de Teste

-

 

Versão do Software

Alvo de Teste (SAT)

-

 

Conjuntos de

Testes

-

 

“

n

”

CTs por

conjunto

Caso de Teste (CT)

-

 

ID_CT

-

 

Autor

-

 

Descrição

-

 

Procedimento

-

 

Pré-condição

-

 

Sequencia de

Entradas

-

 

Resultados

Esperado

-

 

Requisito validado

-

 

Caso de Teste

-

 

Testador

-

 

Resultado obtido

-

 

Erro identificado

-

 

Parecer do

testador

-

 

Oráculo (análise

)

-

 

Sucesso

-

 

Falha

-

 

Não Conclusivo

(47)

Base

Conheci

-mento

LAB VVsis

INPE

Integr. Fer. Execução

TestLin

k

Apoio à

execução

dos Testes

Mantis

Int. Ferram. Geração CT

CONDADO

script

Modelos

FSM

CoFI

TIOA

HJ2IF

PLAVIS

Metodologias

Geração

de Testes

Gestão de

Requisitos

Consulta

s

QSEE-TAS

PROCESSO V&V

RACME

(48)

l

 

ANSI/IEEE Std 1063-1987, Standard for software user documentation. New York : IEEE

Computer Society, 1987

l

 

Azuma, M , Using quality models and metrics for software quality improvement, 2000

l

 

Azuma, M , SQuaRE: the next generation of the ISO/IEC 9126 and 14598 international

standards series on software product quality. In ESCOM, april 2001

l

 

Guia de avaliação de produto de software http://www.cenpra.gov.br/publicações

l

 

Guia aquisição de software e serviços correlatos mps Br http://www.softex.br/mpsbr

l

 

NBR ISO/IEC 9126-1: Eng. de Software - Qualidade de produto - Parte 1: Modelo de

Qualidade

l

 

ISO/IEC TR 9126-2: Software Engineering - Product quality - Part 2: External metrics

l

 

ISO/IEC TR 9126-3: Software Engineering - Product quality - Part 3: Internal metrics

l

 

ISO/IEC TR 9126-4: Software Engineering - Product quality - Part 4: Quality in Use metrics

l

 

NBR ISO/IEC 14598-1: Tecnologia da Informação - Avaliação de Produto - Parte 1: Visão

Geral

l

 

NBR ISO/IEC 14598-2: Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 2: Planejamento e Gerência

l

 

NBR ISO/IEC 14598-3: Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 3: Processo para

desenvolvedores

l

 

NBR ISO/IEC 14598-4: Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 4: Processo para adquirentes

l

 

NBR ISO/IEC 14598-5: Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 5: Processo para avaliadores

l

 

NBR ISO/IEC 14598-6: Engenharia de Software - Av. Prod. - Parte 6: Documentação de