DB32/T 4701—2024 工业嵌入式实时操作系统通用测试规范.pdf
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1、!7,江苏省市场监督管理局发布中 国 标 准 出 版 社出版工业嵌入式实时操作系统通用测试规范General testing specifications for industrial embedded realtime operating system2024-02-05 发布2024-03-05 实施CCS L 70DB32/T 47012024ICS 25.040DB32/T 47012024前言1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 缩略语15 一般要求25.1 测试目的25.2 测试内容25.3 测试过程25.4 测试方法25.5 测试用例25.6 测试工具25.7 测试环
2、境35.8 测试文档36 技术要求36.1 功能性36.2 性能效率76.3 安全性86.4 可配置性86.5 兼容性86.6 易用性96.7 可靠性96.8 维护性96.9 可移植性97 测试内容107.1 功能性107.2 性能效率157.3 安全性167.4 可配置性167.5 兼容性177.6 易用性177.7 可靠性18目次DB32/T 470120247.8 维护性187.9 可移植性187.10 余量测试197.11 文档审查197.12 代码审查198 终止条件198.1 正常终止条件198.2 异常终止条件199 评价标准19DB32/T 47012024前言本文件按照 GB
3、/T 1.12020 标准化工作导则第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则 的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由江苏省工业和信息化厅提出。本文件由江苏省软件和信息技术服务标准化技术委员会归口。本文件起草单位:江苏省电子信息产品质量监督检验研究院(江苏省信息安全测评中心)、南京翼辉信息技术有限公司、国网江苏省电力有限公司信息通信分公司、国网江苏省电力有限公司、南京理工大学、南京大学、东南大学、中移物联网有限公司、江苏省软件行业协会、江苏省人工智能学会、镇江市京口区大禹山创意新社区管委会、中国船舶工业软件测试中心、航天中认软件测评科技(北
4、京)有限责任公司、工业和信息化部电子第五研究所、中国软件评测中心。本文件主要起草人:王坤、王鑫、夏飞、王凌、侯君、李千目、张腾标、程恺、吴兰、余波、李孝成、张阳、庄岭、陈欣、高阳、宋铁成、任星伟、何满怀、房伟、朱亚露、赵伟、许一鸣、王爱菲、车洵、王剑亮、肖威。DB32/T 47012024工业嵌入式实时操作系统通用测试规范1 范围本文件规定了工业嵌入式实时操作系统的一般要求、技术要求、测试内容、终止条件和评价标准。本文件适用于工业嵌入式实时操作系统的测试。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不
5、注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 155322008 计算机软件测试规范GB/T 220332017 信息技术嵌入式系统术语第 2 部分:术语和定义GB/T 25000.512016 系统与软件工程 系统与软件质量要求和评价(SQuaRE)第 51 部分:就绪可用软件产品(RUSP)的质量要求和测试细则3 术语和定义GB/T 220332017 和 GB/T 155322008 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 工业嵌入式实时操作系统 industrial embedded realtime operating system一种用于控制工业嵌入
6、式系统的操作系统,具有高度的实时性和可靠性,能确保对时间敏感的任务及时响应,提供严格的处理时间界限,并保证系统按预定顺序准确地执行任务。3.2 系统时基 system time base系统中用于测量和同步时间的基准,由系统时钟提供,确保各组件按协调的时间线执行任务。3.3 周期任务抖动 jitter in periodic tasks系统执行周期性任务时,任务实际开始执行的时间与预期时间之间的差异。4 缩略语下列缩略语适用于本文件。ARP:地址解析协议(Address Resolution Protocol)CPU:中央处理单元(Center Processing Unit)ICMP:网络控
7、制报文协议(Internet Protocol)IP:网络互连协议(Internet Protocol)SMP:对称多处理器结构(Symmetric MultiProcessing)1DB32/T 47012024TCP:传输控制协议(Transmission Control Protocol)TELNET:远程登录服务协议(Telecommunication Network Protocol)TFTP:简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol)UDP:用户数据包协议(User Datagram Protocol)5 一般要求5.1 测试目的工业嵌入式实时
8、操作系统测试的目的是:a)发现工业嵌入式实时操作系统的缺陷或错误;b)验证工业嵌入式实时操作系统是否满足软件任务书、软件需求规格说明及其他技术文件所规定的技术要求;c)评价工业嵌入式实时操作系统的技术和质量。5.2 测试内容工业嵌入式实时操作系统执行的测试类型包括功能性测试、性能效率测试、安全性测试、可配置性测试、兼容性测试、易用性测试、可靠性测试、维护性测试、可移植性测试、余量测试、文档审查和代码审查。本文件给出技术要求和对应测试内容的全集,分为核心要求和一般要求,核心要求为必选项,一般要求为可选项。测试时应依据具体情况选取或增补测试类型和测试项。5.3 测试过程工业嵌入式实时操作系统的测试
9、过程应符合 GB/T 155322008 对测试过程的要求。在测试执行过程中执行测试用例,获取测试结果后,针对发现的问题,与软件研制方进行沟通,需要时,由软件研制方对代码和相关的各阶段软件文档进行修改,修改后的代码进行回归测试,回归测试按 GB/T 155322008 的规定执行。5.4 测试方法测试方法应采取动态测试和静态测试相结合的方式,具体如下:a)动态测试方法适用于功能性测试、性能效率测试、安全性测试、可配置性测试、兼容性测试、易用性测试、可靠性测试、维护性测试、可移植性测试、余量测试;b)静态测试方法适用于文档审查和代码审查。5.5 测试用例应准备测试用例,并对其适用性进行评审,确保
10、测试的覆盖率和充分性。测试用例的设计对需求的覆盖率应达到 100%;基于代码的测试覆盖率应包括语句覆盖、分支覆盖和修正条件/判定覆盖(MC/DC覆盖)三个方面,宜依据应用的安全要求,选择代码测试覆盖的类型并确定覆盖率,覆盖率宜不低于30%。5.6 测试工具对工业嵌入式实时操作系统进行测试时,可以使用测试工具和测试包,应对其适用性进行评审,确保所选择的测试工具适用于相应类型的测试。2DB32/T 470120245.7 测试环境对测试环境的要求如下:a)硬件环境,包括宿主机、目标机、程序下载工具及供电电源;b)软件环境,包括宿主机操作系统、工业嵌入式实时操作系统的开发环境、集成开发环境及编译器。
11、5.8 测试文档测试文档的编写应符合 GB/T 25000.512016 测试文档要求或相关文档格式要求,测试文档主要包括:a)测试计划;b)测试说明;c)测评报告;d)测试记录;e)测试问题报告单。6 技术要求6.1 功能性6.1.1 任务管理任务管理应提供任务调度、创建任务、删除任务、挂起任务、激活任务和任务优先级设置等功能。工业嵌入式实时操作系统应至少支持就绪、运行和阻塞三种任务状态。任务管理功能要求具体见表 1。表 1任务管理功能要求模块名称任务管理技术要求支持创建任务、删除任务、挂起任务、激活任务和任务优先级设置支持任务调度,提供禁止/使能调度的机制支持基于优先级抢占的调度算法,使优
12、先级高的任务优先得到处理至少支持三种任务状态:就绪、运行和阻塞,支持任务在就绪、运行、阻塞三种状态间进行切换支持任务属性对象,允许根据指定属性创建任务支持针对相同优先级任务采用时间片轮转或先进先出等调度策略,保证相同优先级任务都能够得到合理调度支持任务属性的设置、查询等功能提供任务创建、任务删除、任务切换扩展点备注核心核心核心核心核心核心一般一般6.1.2 任务同步与通信任务同步主要用于协调多任务系统中任务的执行顺序和共享资源的互斥访问。任务通信主要用于在不同任务间传递数据。任务同步和通信的机制主要包括信号量、互斥量、消息队列、信号、条件变量、读写锁等。任务同步与通信功能要求具体见表 2。3D
13、B32/T 47012024表 2任务同步与通信功能要求模块名称信号量互斥量消息队列信号条件变量读写锁技术要求支持二值信号量和计数信号量支持任务在等待信号量时采用优先级次序或先进先出的调度原则支持非阻塞方式锁定信号量支持任务以永久等待方式获取信号量支持任务以限时等待方式获取信号量支持互斥量,提供防止优先级反转机制支持任务以非阻塞方式获取互斥量支持任务以永久等待方式获取互斥量支持任务以限时等待方式获取互斥量支持互斥量嵌套访问,允许互斥量拥有者多次调用该互斥量支持确保持有互斥量的任务删除安全支持消息队列,支持同步、异步的通信机制支持阻塞、非阻塞的消息发送机制支持阻塞、非阻塞的消息接收机制支持采用异
14、步的信号接收和发送机制支持向指定任务发送指定的信号支持阻塞等待指定信号发生提供系统信号的默认处理方式,并能够设置信号处理功能的扩展点以实现特定功能支持设置信号掩码,屏蔽信号送达支持条件变量,支持初始化、销毁条件变量支持永久阻塞方式等待条件变量支持限时阻塞方式等待条件变量支持同时唤醒一个或多个等待任务支持共享读锁和互斥写锁支持读写任务发生竞争时采用读任务优先或写任务优先策略备注核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心核心一般6.1.3 时钟/定时器管理时钟管理主要用于维护系统时基,设置和获取时间信息。定时器管理主要用于支持指定函数与一个特定的时
15、间间隔相关联,当间隔时间结束时指定函数立刻被调用。定时器根据其触发类型可分为单次定时器和周期性定时器。时钟/定时器管理功能要求具体见表 3。4DB32/T 47012024表 3时钟/定时器管理功能要求模块名称时钟管理定时器管理技术要求支持内核节拍(tick)计数值的获取支持系统时钟的设置和控制支持系统范围内的实时时钟、记录系统启动时间的单调时钟支持任务执行时间计时,支持任务延时等待支持以系统范围内的实时时钟、记录系统启动时间的单调时钟进行计时的定时器支持单次定时器,定时器设置一次触发后不会自动装载原有的设置支持周期性定时器,定时器触发后自动装载原有设置的时间间隔,并周期性的触发备注核心核心核
16、心核心核心核心核心6.1.4 中断/异常管理中断管理主要用于为系统可能发生的中断事件提供默认的中断处理程序,并提供用户定义的中断服务程序安装接口。异常管理主要用于为系统可能发生的异常事件提供默认的异常处理程序,并提供用户定义的异常处理程序安装接口。中断/异常管理功能要求具体见表 4。表 4中断/异常管理功能要求模块名称中断管理异常管理技术要求提供中断处理程序接口缺省情况下提供默认中断处理程序支持使能和屏蔽系统中断或者某一特定中断支持中断嵌套支持中断处理程序具有独立的栈空间,用户可配置栈空间大小支持异常处理的触发缺省情况下提供异常中断处理程序备注核心核心核心核心核心核心核心6.1.5 内存管理内
17、存管理用于提供内存的分配和回收等管理功能。内存管理功能要求具体见表 5。表 5内存管理功能要求模块名称内存管理技术要求支持内存动态分配和回收支持按照指定边界对齐进行内存分配支持内存分区管理,实现内存分区的创建、删除等操作支持内存映射提供内存使用统计信息便于调试和系统状态跟踪备注核心核心核心核心核心5DB32/T 47012024表 5内存管理功能要求(续)模块名称内存管理技术要求支持冗余内存块管理,支持冗余内存块分配、冗余内存块读写一致性以及冗余内存块校验,提供数据完整性保护功能和冗余容错功能支持备注核心6.1.6 文件系统文件系统以一定的格式组织文件和目录,对文件和目录进行打开、关闭、读、写
18、和删除等操作。文件系统功能要求具体见表 6。表 6文件系统功能要求模块名称文件系统文件系统管理框架技术要求支持动态创建文件和目录支持根据文件名或者描述符打开、关闭和删除文件支持记录文件属性,并允许对其进行查询支持按照指定的方式读出文件指定长度的数据支持将数据写入到文件的指定位置支持文件控制命令支持卷的创建、格式化、挂载和卸载操作提供统一的文件系统访问接口,包括打开、关闭、读、写、删除、挂载和卸载等基本操作备注核心核心核心核心核心核心一般一般6.1.7 设备管理设备管理实现操作系统对外部设备的管理,为用户提供统一的设备访问接口,屏蔽外部设备的访问细节。设备管理功能要求具体见表 7。表 7设备管理
19、功能要求模块名称设备管理扩展功能模块技术要求当系统提供终端设备管理功能时,支持终端设备的打开、关闭、读、写、控制操作当系统提供字符设备管理功能时,支持字符设备的打开、关闭、读、写、控制操作当系统提供块设备管理功能时,支持块设备的打开、关闭、读、写、控制操作支持查看指定设备信息的功能支持设备的异步访问功能当系统提供设备管理功能时,支持工业嵌入式常用协议备注核心核心核心核心一般一般6.1.8 网络通信网络通信主要用于物理上分离的嵌入式设备通过网络连接进行互联通信。网络通信功能要求具体见表 8。6DB32/T 47012024表 8网络通信功能要求模块名称网络通信技术要求支持网络设备管理提供标准套接
20、字(socket)编程接口支持 TCP、UDP、IP、ICMP和 ARP网络协议支持协议栈统计信息支持 TFTP、TELNET等应用层协议提供协议栈扩展点支持加密、身份认证、访问控制等网络安全功能支持 WiFi、Bluetooth等无线通信功能备注核心核心核心核心核心一般一般一般6.1.9 运行模式运行模式用于实现协同工作,以提高整体系统性能。运行模式功能要求见表 9。表 9运行模式功能要求模块名称运行模式技术要求多核处理器需支持 SMP备注核心6.2 性能效率6.2.1 时间工业嵌入式实时操作系统的时间性能要求见表 10。表 10时间性能要求序号123456技术要求中断响应时间应不大于 30
21、 s,宜根据实际应用需求提供更高的中断响应时间性能任务切换时间应不大于 80 s,宜根据实际应用需求提供更高的任务切换时间性能任务抢占时间应不大于 230 s,宜根据实际应用需求提供更高的任务抢占时间性能信号量延迟时间应不大于 260 s,宜根据实际应用需求提供更高的信号量延迟时间性能周期任务抖动应不大于 40 s,宜根据实际应用需求提供更高的周期任务抖动时间性能系统任务状态转换时间应不大于 200 s,宜根据实际应用需求提供更高的任务状态转换时间性能备注核心核心核心核心核心核心6.2.2 空间资源工业嵌入式实时操作系统的空间资源使用要求见表 11。7DB32/T 47012024表 11空间
22、资源性能要求序号12技术要求最小配置(包含核心功能)可剪裁到 6 MB以内至少能够支持 32位地址空间访问备注核心核心6.3 安全性工业嵌入式实时操作系统的安全性要求见表 12。表 12安全性要求序号1234567技术要求检查输入数据、返回值的合法性和有效性提供死锁检测机制提供同步机制,防止优先级反转导致任务长时间阻塞检查内核中指针地址的有效性,避免引用无效内存地址采取异常保护设计,设计有效的保护措施,系统在缺省情况下接管和处理所有异常情况,并提供用户对于异常的接管能力能够限制应用程序的资源使用,包括内存资源,处理器资源等能够对非法攻击进行检测、预警和防范。在掉电情况下,系统能够保证文件的安全
23、备注核心核心核心核心核心核心核心6.4 可配置性工业嵌入式实时操作系统的可配置性要求见表 13。表 13可配置性要求序号12345技术要求系统能够对最大任务数进行配置系统能够对时钟频率、支持的定时器最大个数进行配置系统能够对中断最大数进行配置系统能够对信号量的最大个数、互斥量的最大个数、条件变量的最大个数、读写锁的最大个数进行配置。系统能够对内存、设备等关键资源进行限制系统能够对磁盘资源进行限制备注核心核心核心核心一般6.5 兼容性工业嵌入式实时操作系统的兼容性要求见表 14。8DB32/T 47012024表 14兼容性要求序号1技术要求至少支持 POSIX IEEE1003(POSIX)标
24、准备注核心6.6 易用性工业嵌入式实时操作系统的易用性要求见表 15。表 15易用性要求序号12技术要求用户可以借助用户接口、帮助功能或用户文档集提供的手段快速学习某一功能用户可按照用户操作手册进行系统操作备注一般核心6.7 可靠性工业嵌入式实时操作系统的可靠性要求见表 16。表 16可靠性要求序号12技术要求系统应保证在应用在长时间运行时,系统没有出现崩溃、死机等现象系统应识别系统外设的非法输入,并且不应作为许可的输入加以处理备注核心一般6.8 维护性工业嵌入式实时操作系统的维护性要求见表 17。表 17维护性要求序号123技术要求系统能够提供版本标识,能够阐明系统迭代信息,并提供更替日志各
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