Software-Engineering II Eingebettete Systeme, Softwarequalität, Projektmanagement Prof. Dr. Holger Schlingloff Institut für Informatik der Humboldt Universität und Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik 6.1.2006

Übersicht 1. Eingebettete Systeme 2. Software-Qualität Hinweise 1.1. Definitionen 1.2. Anforderungsanalyse 1.3. Modellierung 1.4. Architektur 1.5. Automotive Software Engineering 2. Software-Qualität 2.1 Definitionen und Standards 2.2 Funktionstest Überdeckungsmaße, Integrations- und Abnahmetest, Spezifikationsformalismen, Verifikation und Modellprüfung, Metriken, Reviews, Qualitätsstandards (CMM/I) Hinweise Mi. 11.1., Fr. 13.1. MBEES (Vorlesung entfällt) 6.1.2006

Sicherheits-Lebenszyklus Analyse der Bedrohung durch das EUC Ableitung von Sicherheitsanforderungen Planung und Realisierung von Sicherheitsmechanismen Validierung und Betrieb der Systeme 6.1.2006

Gefährdungs- und Risikoanalyse Gefährdung: potentielle Schadensquelle Risiko: Verbindung / Kombination der Auftretenswahrscheinlichkeit eines Schadens und des zugehörigen Schadensausmaßes Auftretenswahrscheinlichkeit: der Parameter des Risikos, der Auskunft über die Wahrscheinlichkeit gibt, mit der eine identifizierte Gefährdung bzw. ihre Ursache in der Praxis tatsächlich auftreten könnte. Eintrittswahrscheinlichkeit Entdeckungswahrscheinlichkeit Möglichkeit zur Gefahrenabwendung Schadensausmaß: quantitatives Maß für die möglichen Folgen / Konsequenzen einer Gefährdung Sicherheit: Freiheit von nicht akzeptablen Risiken Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit * Schadensausmaß 6.1.2006

IEC 61508 Prozess 6.1.2006

Risikoanalyse Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit * Schadensausmaß z.B. Aktienkursverlust Problem bei sehr kleinen und sehr großen Zahlen sehr großer Schaden bei sehr geringer Wahrscheinlichkeit Problem der numerischen Einschätzung Kosten bei Personenschaden? Wahrscheinlichkeit von Katastrophen? ALARP-Prinzip: „As Low As Reasonably Possible“ Wenn ein Risiko mit vertretbarem Aufwand reduziert werden kann, sollte dies getan werden Oft auch: Wenn das Risiko nicht reduziert werden kann, muss der Nutzen des Systems (Nutzungsdauer * Gewinn) den Schaden übersteigen 6.1.2006

Automobil- versus Luftfahrtsicherheit Katastrophen werden subjektiv höher gewichtet 6.1.2006

Planes, Trains and Automobiles E. Schnieder: 4. Bieleschweig Workshop, 14.-15.9.04: NEUE UND HERKÖMMLICHE MAßE ZUR QUANTIFIZIERUNG DES RISIKOS IM EISENBAHNVERKEHR Quelle: http://www.ifev.bau.tu-bs.de/Workshops_Tagungen/Bieleschweig/bieleschweig4/pdf/Bieleschweig4_Folien_Schnieder.pdf 6.1.2006

quantitative Abschätzung Eintrittswahrscheinlichkeitsklassen Schadensauswirkungsklassen 6.1.2006

Risikomatrix I: Unakzeptabel II:Unerwünscht; nur tolerierbar falls Risikoverminderung nicht oder nicht mit vertretbarem Aufwand möglich III: Tolerierbar falls die Kosten die Verbesserungen übersteigen IV: Akzeptierbar, sollte möglicherweise überwacht werden 6.1.2006

Sicherheitsanforderungsstufen SIL: Safety Integrity Level 6.1.2006

Beispiel Sicherheitsanforderung: When the hinged cover is lifted by 5 mm or more, the motor shall be de-energised and the brake activated so that the blade is stopped within 1 second. The safety integrity level of this safety function shall be SIL2. 6.1.2006

IEC Software safety lifecycle requirements 7.1.2.1 A safety lifecycle for the development of software shall be selected and specified during safety planning NOTE – A safety lifecycle model which satisfies the requirements of clause 7 of IEC 61508-1 may be suitably customised for the particular needs of the project or organisation 7.2.2.2 The specification of the requirements for software safety shall be derived from the specified safety requirements of the E/E/PE safety-related system, and any requirements of safety planning (see clause 6). This information shall be made available to the software developer. 7.2.2.8 The software safety requirements specification shall specify and document any safetyrelated or relevant constraints between the hardware and the software. 7.3.2.1 Planning shall be carried out to specify the steps, both procedural and technical, that will be used to demonstrate that the software satisfies its safety requirements 6.1.2006

Software design and development 7.4.2.2 In accordance with the required safety integrity level, the design method chosen shall possess features that facilitate: a) abstraction, modularity and other features which control complexity; b) the expression of: – functionality, – information flow between components, – sequencing and time related information, – timing constraints, – concurrency, – data structures and their properties, – design assumptions and their dependencies; c) comprehension by developers and others who need to understand the design; d) verification and validation. 6.1.2006

Softwarearchitektur-Forderungen muss explizit dargestellt werden muss in den Entwicklungszyklus eingebunden sein muss zu den einzelnen Komponenten Erklärungen liefern neu, reimplementiert, verifiziert, sicherheitsrelevant etc. muss alle Schnittstellen enthalten muss beschreiben wie die Datenintegrität gesichert wird muss Integrationstests spezifizieren kann werkzeugunterstützt verwaltet werden („To the extent required by the safety integrity level, …“) 6.1.2006

weiterer Aufbau der Forderungen 6.1.2006

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Fault Tree Analysis (Fault tree analysis, FTA; DIN 25424) entwickelt 1961 von H.A. Watson, Bell Labs Bewertung eines Raketen-Abschuss-Systems für SW und eingebettete Systeme erweitert Systematische Suche nach Fehlerursachen Elimination von singulären Schwachstellen Top-down, von der Wurzel zu den Blättern Jede Ebene im Baum zeigt den selben Sachverhalt, jedoch mit verschiedenen Detaillierungsgraden Wurzel repräsentiert Bedrohung, Blätter repräsentieren atomare Fehler (Ereignisse) Innere Knoten sind Abstraktionen von Ereignismengen 6.1.2006

Vorgehensweise Wurzelknoten = Fehlerfall, unerwünschtes Ereignis Kinder = Ursachen bzw. Teile des Fehlers Verknüpfung mit booleschen Operatoren (oder, und, nicht) Abbruch bei „elementaren Ereignissen“ die nicht weiter analysiert werden Angemessener Detaillierungsgrad! Größen in der Praxis: 10-1000 Knoten Einheitliche Nomenklatur! Dekomposition nicht nur nach strukturellen Kriterien! Möglichkeit der numerischen Bewertung (bottom-up) Wahrscheinlichkeiten aus Erfahrungswerten oder Analogieschlüssen 6.1.2006

Beispiel 6.1.2006

http://www.bqr.com/BQR-2005-1.pdf 6.1.2006