11、形式化验证与软件产品线：技术与应用

形式化验证与软件产品线：技术与应用

1. 引言

随着嵌入式计算技术的发展，社会对汽车、手机和家用电子等领域的嵌入式软件依赖程度极高，因此嵌入式软件的可靠性至关重要。过去，嵌入式软件开发以实现为中心，但如今软件规模和复杂度增加、开发时间减少，传统技术难以保证软件的可靠性，软件质量成为关注焦点。

为解决这一问题，人们引入了各种软件工程技术，如分析/设计方法和复用技术，产品线工程就是其中一种先进的软件实践。除了这些工程方法，人们还期望引入形式化验证等科学方法。与传统测试不同，形式化验证若成功，能全面验证目标系统的属性。虽然形式化验证历史悠久且在硬件和军事、航空等关键软件领域取得了不少成功案例，但在汽车、通信和消费电子等民用行业的嵌入式软件开发中的应用仍有限，主要原因是该技术需要大量时间和人力资源。

在软件产品线开发的背景下应用形式化验证技术具有重要意义，因为民用行业的大多数嵌入式系统都是以产品线的形式开发的，在应用工程阶段复用验证方案有望降低成本。本文将复用测试方案的理念扩展到形式化验证，并在领域工程阶段应用这些技术，以验证核心资产的可能使用情况。

2. 设计测试

2.1 基于测试场景的设计验证

以汽车音频系统（CAS）的嵌入式软件家族为例，该软件根据用户操作控制CD播放器和AM/FM调谐器等音频设备。项目的主要问题是根据测试场景检查软件设计的有效性。

测试场景是一组事件序列，期望使目标系统进入特定状态，可定义为四元组 (T, I, {S}, F)，其中T表示目标系统，I表示T的初始状态，{S}表示从外部实体发送到T的事件序列集，F表示T的最终状态。基于测试场景的设计验证（即设计测试）是检查处于状态