GB T 28173-2011 嵌入式系统.系统工程过程应用和管理.pdf
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1、ICS 35.080 L77 道B中华人民=lI工./、和国国家标准GB/T 28173-2011 嵌入式系统系统工程过程应用和管理Embedded systems-Application and management of the systems engineering process 2011-12-30发布2012-06-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检班总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 28173-2011 目次前言. . 1lI 引言.凹l 范围-2 规范性引用文件.3 术语和定义.4 应用于嵌入式系统的系统工程过程模型4. 1 综述4.2 系统工程过程的具体
2、活动.2 5 贯穿嵌入式系统生存周期的系统工程应用5. 1 综述-5.2 系统概念阶段5.3 开发阶段5.4 系统验证及量产导入阶段125.5 生产/维护/支持阶段.13 5.6 退役处置阶段146 嵌入式系统应用系统工程的管理要求.14 6. 1 综述.14 6.2 项目工程计划和管理.6.3 文档开发管理6.4 配置管理6. 5 产品数据管理6.6 质量保证6. 7 风险管理.6.8 过程度量7 符合性附录A(规范性附录嵌入式系统实施系统工程过程的剪裁指南20参考文献.21 I G/T 28173-2011 目。自本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可
3、能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国信息技术标准化技术委员会CSAC/TC28)提出并归口。本标准起草单位z中国电子技术标准化研究所、珠海南方软件产品检测中心、炬力集成电路设计有限公司、珠海许继电气有限公司、深圳市吉阳自动化科技有限公司、上海博泰悦臻电子设备制造有限公司、珠海魅族科技有限公司、湖南省软件评测中心、上海嵌入式系统应用工程技术研究中心、上海超算并行软件有限责任公司、上海鲁齐信息科技有限公司等。本标准主要起草人z潘海洋、侯建华、齐建华、同丽华、汤玲、刘畅、张肠肠、杨哲军、王兴念、秦卫东、阳如坤、于晓菁、张展新、钱晓晴、许彦淳。阳山GB/T 28173-2
4、011 引嵌入式系统自20世纪70年代问世以来,己广泛应用于消费电子、通信、医疗及工业生产等领域。随着嵌入式系统市场的快速增长,这带来了新的机遇,但也给生产和使用嵌入式系统的组织带来了新的挑战。系统工程是指组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,是一种对所有复杂系统都具有普遍意义的科学方法。20世纪40年代以来,系统工程已广泛应用到军事系统、经济系统、人口系统、社会系统、地理系统、地区规划、能源、交通、通信等各个方面,收到良好的效果。本标准结合嵌入式系统开发特点及实践,提供了一个针对嵌入式系统的系统工程应用及管理的框架。该框架涵盖嵌入式系统生存周期全过程,从概念形成阶段直到
5、退役阶段,该框架可用来控制和改进这些过程。本标准中的过程是一个广泛的集合,一个组织可根据其目标选择适合的子集达到目的。因此,本标准设计成可以让具体的组织、项目或应用加以剪裁。无论嵌入式硬/软件是一个独立实体,还是嵌入式系统或整个系统的组成部分均可使用本标准。N GB/T 28173-2011 嵌入式系统系统工程过程应用和管理1 范围本标准为系统工程过程在嵌入式系统生存周期的应用和管理建立了一个实施框架。本标准适用于嵌入式系统的研发、生产、验证及管理。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括
6、所有的修改单)适用于本文件。GB/T 11457信息技术软件工程术语GB/T 22033信息技术嵌入式系统术语3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 3.5 GB/T 11457和GB/T22033界定的以及下列术语和定义适用于本文件。嵌入式系统embedded system 置入应用对象内部起信息处理和控制作用的专业计算(机)系统。注:嵌入式系统以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,其硬件至少包含一个微控制器、微处理器或数字信号处理器单元。该系统能够满足应用系统对功能、性能、成本、体积、功耗等严格综合性的要求。需方acquirer 从供方获得或采购嵌人式系统、产品或服务的
7、组织。注:需方可以是买主、顾客、拥有者、用户或采购者之一。获取acquisition 获得嵌入式系统、产品或服务的过程。协议agreement 对于执行工作关系的条款与条件的相互认可。系统system 由过程、硬件、软件、设施和人员组成的集合体,提供满足明确的要求或目标的能力。4 应用于嵌入式系统的系统工程过程模型4. 1 综述本章内容定义了应用于嵌入式系统的系统工程过程及通用要求。GB/T 28173-2011 系统工程方法在嵌入式系统的具体应用过程,可以认为由四个逐次应用的主要活动组成:a) 需求分析;b) 功能分析和分配;c) 物理实现;d) 验证及评价。这些活动随具体的系统构成形式和所
8、处的不同开发阶段而变化,且在系统整个生存周期的各个阶段迭代进行。但是这些活动有典型的运行原理,且贯穿嵌入式系统的整个生存周期,并不只限于生存周期的某个阶段发生,具体输入输出及执行步骤和系统所处的阶段有关系。应用于嵌入式系统的系统工程过程如图l所示。同时,在系统工程方法应用的过程中,应辅以必要的管理过程,以确保整个系统生存周期的可控性和可视性,管理过程的要求见第6章。4.2 系统工程过程的具体活动4.2. 1 需求分析4.2. 1. 1 综述L一一一一一一一一+传递信息流-反馈信息流去F一阶段图1系统工程过程需求分析在系统工程过程中特别重要。要解决任何问题,首先需要理解给定条件和要求,并给出完整
9、、一致、元二义性的描述,如果有重要的假设条件,则应经过验证。需求分析工作就是彻底分析全部要求和规格说明,以理解和对比系统期望满足的基本需求,将客户或市场的概念性和粗略的需求转化为具体规格说明要求的过程,即确定目标系统的功能、性能、接口和其他要求(包括环境要求、设计约束、质量要求和可靠性要求等),明确系统做什么,而不是给出具体的解决方案。需求分析的特定活动,随系统开发的进展在生存周期的不同阶段而变化。在早期侧重于了解系统运行环境、可应用技术的可用性和成熟度、设计方案的可行性等,而在后期,则侧重于实际开发环境、系统部件间的接口等。4.2. 1. 2 输入需求分析作为某个系统生存周期阶段的第一个环节
10、,从三个主要的输入开始,一般在前阶段或前阶段完成后确定:2 GB/T 28173-2011 a) 系统模型。它定义和描述了前阶段中经过验证的交付件,比如规格说明、设计方案、具体实现的软件、硬件、文档等。b) 定义下阶段待开发系统或系统单元的设计、性能和接口兼容性特点等要求或规格说明。c) 在下阶段中,需要由工程组织的各个小组达成的特定进度要求,包括确定规格说明、软硬件接口或外部供应条件准备就绪等里程碑点。4.2. 1. 3输出需求分析的输出主要包括:一一系统规格说明(技术要求)。4.2. 1. 4 需求分析的主要活动系统需求分析活动主要包括:a) 任务和使用环境分析;b) 识别并确定功能性需求
11、;c) 定义和优化性能参数;d) 确定设计环境约束,确定开发工具和环境;巳)定义项目约束和内外部接口;f) 分析功能要求间的相互影响及接口的一致性;g) 根据使用要求对系统规格说明和功能实现进行验证。4.2.2 功能分析和分配4.2.2.1 综述在系统工程方法中,功能设计需要在产品设计或物理实现前进行,以确保用一种有序的方法来有效组织功能和选择实施系统期望特性的最优平衡方案(如性能、戚本、易用性等)。嵌入式系统的功能分析和需求分配目的是通过功能体系结构对功能进行分解,得到整个系统架构各层级的功能框图,同时将系统级需求分配至各个子系统,并确定各子系统之间的接口和逻辑关系,确定所有层次的功能、性能
12、及其他质量要素指标。嵌入式系统的功能分析和需求分配针对的是系统的逻辑架构,即面向功能的结构,而非面向解决方案,所以不涉及具体的实现方案,得到的是各子系统配置的规格说明及技术指标。4.2.2.2 输入输入包括:a) 经过确认和签核后的系统规格说明(技术要求hb) 前任系统或参考系统的设计;c) 可能重用的功能子系统或构建模块。4.2.2.3 输出输出包括:a) 功能框图分解;b) 各子系统的分配需求;c) 人机操作需求或模型;d) 系统和各子系统接口技术要求。4.2.2.4 功能分析和分配的主要活动功能分析和分配的主要活动包括:3 GB/T 28173-2011 a) 规格说明到功能的转换。对功
13、能框图进行逐层分解(系统到子系统到模块或部件)。b) 确定和优化系统的功能架构(逻辑结构),并将功能实现在子系统或模块间分配。c) 性能和边界条件在软硬件模块及子系统之间进行分配。d) 定义和优化功能接口(包括内部和外部接口、通讯接口、子模块接口、需要特别定义和遵循的标准接口等)。e) 功能设计方案的权衡分析及选择。在功能分析和分配中,需要选择合适的功能单元组合成一组可能实现需求的方案,系统工程方法依赖权衡分析来进行备选方案的评估和决策。4.2.3 物理实现4.2.3.1 综述物理实现是将功能设计转换成硬件和软件的实现部件,并将这些部件集成为整个系统的过程。4.2.3.2 输入输入包括:a)
14、系统功能框图;b) 系统使用环境、设备要求及约束pc) 前任系统的构建模块或技术;d) 权衡准则。4.2.3.3输出输出包括:a) 系统原型;b) 相关的技术文档。4.2.3.4 物理实现的主要活动物理实现的主要活动包括:a) 功能架构(逻辑结构)到系统物理结构的转换,设计各子模块zb) 各子模块的设计实现;c) 各子模块的设计验证和集成;d) 设计优化,根据测试和验证的结果对设计和具体交付的配置项进行修订和优化,必要时对需求进行追溯和修订以满足实际实现的限制和要求。4.2.4 验证和评价4.2.4.1 综述在复杂系统的开发过程中,即使设计定义的先前各步骤已明显符合要求地进行,仍然需要在进入下
15、一阶段工作前,对设计做明确的验证及对交付的结果进行评价,具体验证和评价的形式随系统开发所处的阶段和实现程度而不同。4.2.4.2 输入输入包括:a) 系统原型;b) 仿真或验证环境;4 c) 相关的设计文档;d) 相关的工具和方法。4.2.4.3 输出输出包括:a) 发现的设计缺陷及记录zb) 效果度量;c) 效能分析。4.2.4.4 验证和评价的主要活动主要活动包括:a) 创建测试或仿真环境;b) 明确验证需求或评价标准;c) 实施验证及评价;d) 测试数据分析。5 贯穿嵌入式系统生存周期的系统工程应用5. 1 综述G/T 28173-2011 嵌入式系统项目应当在产品以及产品的生存周期过程
16、中应用系统工程方法,在系统开发的各个层级(系统、子系统、部件)上应用系统工程方法都能够为前述过程中定义的产品增加附加值。而系统工程方法的应用适用于生存周期的各个阶段,有效应用系统工程方法可以对解决客户问题、提升产品性能或延长使用和服务寿命起到重要的作用。嵌入式系统的系统生存周期阶段如图2所示。系统开发阶段系统概念概要设计/系统验证及量产生产/维护/退役处置!阶段系统子系统体系详细实现及导入阶段支持阶段阶段定义结构设计设计子系统集成图2典型的嵌入式系统生存周期当嵌入式系统项目应用系统工程方法时,应满足下面章条中所定义的系统生存周期的各个阶段的主要活动和要求,同时也应完成相应的系统工程任务,根据嵌
17、入式系统应用环境和开发模式的差异,也可以根据需要对标准生存周期进行裁减,以构建适合产品和项目组织实际要求和限制条件的生存周期过程。5.2 系统概念阶段5.2. 1 综述概念阶段开始于对某种客户需要或产品概念的原始认识。这是一个原始需求调查、发现和策划的阶段。此时,通过需方/市场调查、可行性分析和权衡研究对产品概念进行评估,获得需方/用户对概念的反馈。5 GB/T 28173-2011 在这个阶段,所识别的需要或概念,通过分析、可行性评价、估计(如成本、进度、市场情报和后勤)、权衡研究以及原理试验或原型的开发与演示获得的反馈等手段,开发一个或多个备选的解决方案。要识别目标系统在整个生存周期的要求
18、,并且对备选进行评估,以达到一个平衡的生存周期解决方案。本阶段典型的输出是相关利益人(包括客户、股东等)需求、运行的概念、可行性评估、初步的系统需求,以图示、模型或原型等形式展示的备选设计解决方案,以及支持系统的概念计划,包括整个生存成本和人力资源需求估计以及初步的项目进度安排。本阶段的决策项是确定是进入下一步开发阶段以继续一个解决方案的实现,还是取消未来的工作,终止项目。实施概念阶段是为了评估新的商业机会和开发初步的系统需求以及确定备选的可行设计解决方案。5.2.2 概念阶段的活动和输出概念阶段的活动和输出如下:a) 对新概念的识别。新的嵌入式系统的概念提出的价值在于提供新的能力、增强系统的
19、整体性能或降低整个生存周期所有相关利益人的总体成本。b) 系统概念和备选解决方案的可行性评估。确定嵌入式系统生存周期中所用到的技术的可行性,以及实现成本和产生的效益能够满足整个生存周期所有相关利益人的利益。c) 经过各方确认的系统技术规格说明及基线化。d) 针对系统生存周期模型各阶段的输出结果的准确定义。e) 针对系统生存周期模型各阶段的风险识别、评价和规避计划。f) 系统生存期中各支持系统所需服务的识别和初始规格说明。g) 下一步开发阶段的计划和退出准则。h) 阶段退出准则的满足。i) 是否批准进入开发阶段的评审结果。5.3 开发阶段5.3. 1 综述开发阶段开始于对嵌入式系统原始需求及备选
20、设计解决方案的技术实现,从而转化成能够在使用阶段按照批次要求完整一致地提供服务的产品或过程。对于嵌入式系统来说,需要针对五大构成要素:硬件、软件、人、数据、设备的要求和接口进行需求分析、设计、实现、集成、测试和评估,以形成规格化的要求、相关技术及操作标准。通过各方利益相关人的介入,本阶段也确保生存周期后续各阶段(生产、使用、支持和退役)的各方面及其支持系统的需求和能力得到了考虑,并合并到设计中。从所有利益相关人和那些即将生产、操作、使用、支持和退役所关心的系统的各方获得反馈。本阶段输出是一个目标系统的原型或模型化的描述,经过优化的支持系统的描述,以及所有必要的文档和将来各阶段的戚本估计。本阶段
21、的策划始于前一阶段,并且有相应的基础设施保障,主要包括必要的原理方法、技术、工具和合格的人力资源,以便进行分析、建模与仿真、建立原型、设计、集成、测试和建立文档。本阶段具体细分为系统定义、概要设计、详细设计、设计实现及子系统集成四个子阶段,各阶段主要活动及输出见以下章条。5.3.2 系统定义阶段系统定义阶段主要目的是建立嵌入式系统的规格说明定义,主要交付包括系统规格说明、子系统接6 GB/T 28173-2011 口规格说明的完成;建立系统基线;完成本阶段的技术评审,产生的文档用于指导子系统开发。技术评审须评价系统开发的成熟度以及进一步进行子系统定义的就绪程度。本阶段需要完成下述活动。5.3.
22、2. 1 建立系统定义建立系统定义如下za) 评估备选产品概念,选取嵌入式系统;b) 建立初始的项目和技术计划;c) 评估并规避系统风险;d) 标识硬件和软件子系统和子系统接口;e) 标识人/机界面问题;f) 定义嵌入式系统的数据存放环境及生产和维护环境;g) 定义生存周期质量要素,各要素包括:1) 可生产性;2) 可验证性;3) 易分发性;4) 易用性;5) 可支持性;6) 可培训性;7) 可处置性;的总的拥有成本。5.3.2.2 完成系统技术规格说明文档完成系统技术规格说明文档内容包括:a) 完成系统和产品接口规格说明;b) 完成子系统接口规格说明;c) 完成初步的人/机界面;d) 完成初
23、步的人员培训11; e) 准备必要的技术平台和设计参考系统的文件。5.3.2.3 建立基线建立基线内容包括:a) 建立系统需求和规格说明基线;b) 建立初步的硬件和软件子系统设计目标基线;c) 建立需求跟踪矩阵。5.3.2.4 完成技术评审完成技术评审内容包括:a) 完成备选概念评审;b) 完成系统定义及规格说明文档评审。5.3.3 概要设计/子系统体系结构设计5.3.3. 1 综述嵌入式系统项目在概要设计阶段开始启动相关子系统的设计活动,构建系统的体系结构,并创建子7 G/T 28173-2011 系统的技术规格说明和设计目标基线,从而指导各子系统部件的下一步设计开发。通过应用系统工程过程,
24、嵌入式系统项目能够从整个生存周期考虑,将系统需求和技术规格说明分解至相应的子系统,并构建适当的系统架构,以满足系统设计目标和质量要素的实现。通过对嵌入式系统的功能分解和架构设计,在系统概要设计阶段能够得到主要的软硬件子系统的设计规格说明和设计目标基线以及各主要部件之间的接口规格说明定义。最后交付的设计文档应包括部件接口规格说明;子系统设计实现过程的风险标识和规避计划;面向质量要素达成的设计实现计划等主要内容。5.3.3.2 硬件子系统体系结构设计硬件子系统体系结构设计内容包括:a) 系统对于硬件平台的需求转化为硬件的体系结构设计,并通过功能框图进行硬件功能的部件分解,该体系结构描述其顶层结构并
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