摘 要： 针对机载综合处理系统，对需求工程中的需求开发和需求管理两个方面的内容、特点和难点进行了阐述，提出了开展此类复杂嵌入式系统的需求工程工作要点，并结合机载综合处理系统应用特点提出了需求开发和需求管理的研究方向。
关键字： 电子期刊征稿,机载处理系统,需求工程,需求获取,嵌入式系统
Study and exploration of requirement engineering method of airborne integrated processing system
WANG Ming， XIE Wen-tao， ZHANG Lei， GAO Yang，
(Aeronautical Computing Technique Research Institute， Xi’an 710068， China)
Abstract： Focusing on airborne processing system， the contents， characteristics and difficulties of requirement development and management in requirement engineering are illustrated in this paper. The key points in requirement engineering of complicated airborne embedded systems are pointed out. The research directions of requirement development and management are proposed in combination with the application characteristics of the airborne comprehensive processing system.
Keywords： airborne processing system; requirement engineering; requirement acquirement; embedded system
0 引 言
机载综合处理系统作为载机平台中最重要的核心系统之一，为载机提供一套系统的综合处理与公共计算资源;包括处理、存储、控制、接口管理、信息交换等功能。对于机载综合处理系统这种愈来愈复杂的网络化嵌入式系统的研制，就必须重点把握需求，从需求获取、需求采集、需求管理、需求前期的建模分析和后期基于需求的验证等全生命周期各个需求相关环节进行管控，必须针对此类产品建立一套完整的理论和方法，以及完整的体系化的工具链。本文研究了复杂机载综合处理系统的需求工程的理论、思路和方法。
1 机载综合处理系统需求工程
机载综合处理系统需求工程是系统生命周期的第一阶段，需求工程通俗讲是指该系统应该做什么，而不是该怎么做。机载综合处理系统需求获取需要三个不同相关方的协作：开发者(研制单位)，客户(主机单位)，用户(设备使用者)。规范详尽的产品需求来自早期非正式的粗略的概念和想法，不断结合三个相关方的需求和约束，历经多次分析、验证和迭代形成最终的系统需求。
机载综合处理系统需求，是指主机用户解决机载应用的若干问题或达到机载综合处理应用目标所需要的条件或能力，该条件或能力须有由一套满足相关约定、标准级规范的系统实现。
机载综合处理系统需求工程需要回答如下问题：
(1) 如何定义鉴别某个机载综合处理系统的目的：什么是内部系统(机载综合处理系统内部的架构、通信网络、组成、性能等)，什么是外部系统(机载综合处理系统对外功能、交联接口、数据通信、环境适应性、成本等);
(2) 机载综合处理系统需求获取过程中有哪些错误：系统不能支持用户工作(系统功能失效)、功能缺失或错误(部分功能不能实现或工作结果与预期不一致)、纠错需要付出巨大代价(纠正出现的错误，所需要付出的物料、人力、周期等巨大的代价)。
机载综合处理系统需求工程(RE)面向硬件和软件两个方面[1]，目标是形成系统需求规范，包括两大部分：需求开发(RD)和需求管理(RM)，如图1所示。其中需求开发包括获取、分析、沟通、形成文档、确认生效;需求管理包括：变更控制、版本控制、状态追踪、追溯。
图1 需求工程的组成
机载综合处理系统需求工程的输入：
(1) 预期系统的一个模糊想象，即某系统或子系统产品的研制协议或成品开发协议;
(2) 协议中的承研单位、主机单位等各自利益的相关方规定;
(3) 完整的问题陈述，即对机载综合处理系统要求的完整描述。
机载综合处理系统需求工程的输出：
(1) 一套尽可能完整的规范，即最终的系统级产品的系统规范或研制规范;
(2) 完全覆盖所有问题，即所有相关需求均已捕获，研制规范或系统规范完整覆盖了所有陈述的问题;
(3) 完全且精准的定义每一条需求，无遗漏，无歧义。 需求工程的三个维度目标[2]，如图2所示。
图2 需求工程的三个维度目标
规范(Specification)：开发尽可能完全的需求规范，包括成本计划;
表达(Representation)：提供综合完整的所有方面的表现：非正式，半正式，正式的需求;注意这几种表达之间的转换问题;
一致(Agreement)：完成与最终规格公共的一致，期间允许有个人的意见。
2 机载综合处理系统需求开发
机载综合处理系统的需求开发的重点是需求获取和需求分析。
需求获取和需求分析的区别及关系如图3所示。
图3 需求获取和分析的区别及关系
对于机载综合处理系统的需求获取工作，必然需从问题陈述开始，问题陈述是由客户面向系统层面描述问题(主机面向载机应用层面)。
2.1 机载综合处理系统产品的问题陈述
(1) 所处的位置和当前的情势：机载综合处理系统产品所属载机分系统位置(航电、机电、飞控、辅助动力控制、或者全机深度综合系统等)和当前有哪些现有条件;
(2) 新系统所应提供的功能：机载综合处理系统产品本身应该提供的功能，以航电为例，可包括任务综合、导航控制、显示控制、存储能力、对外接口等;
(3) 系统的开发环境：机载综合处理系统产品本身开发所限定的系统级、子系统级、部件级的硬件及软件开发环境;
(4) 客户希望的可交付形式：协议约定的机载综合处理系统产品的交付形式，一套系统、或一台整机，随机设备、随机资料等;
(5) 交货日期：约定的交付日期;
(6) 一套接受的标准：规定了机载综合处理系统产品研制所必须遵循或建议遵循的一套标准，包括质量过程标准、软硬件设计标准、过程及最终验证标准等。
2.2 影响机载综合处理系统产品问题陈述优劣的因素
(1) 机载综合处理系统产品所面临的情势和亟需解决的问题;
(2) 若干系统级的应用场景的描述;
(3) 初始需求：功能需求、非功能需求、约束(伪需求);
(4) 项目计划：包括系统最终交付期在内的用户关注的重要里程碑;
(5) 目标环境：交付系统必须执行一套详尽系统测试检验的环境;
(6) 客户接受标准：系统测试检验的标准。
3 功能需求和非功能需求
功能需求：描述系统和其环境交互作用，与具体实现无关，机载综合处理系统产品的功能需求主要描述该系统承担的功能、与载机其他系统的接口互联、数据通信及对外承担功能，与产品本身的具体内部组成、体系架构、实施方案、组件选型均无关[3]。
非功能需求(A类最典型)：
(1) 用户看见的与功能行为不直接相关的方面(表象)。
(2) 可靠性，安全性、维修性、测试性、综合保障性、性能、有效性、可用性、支持能力、适应性。
伪需求(B类非功能需求)：系统运转时受到客户或环境的影响、法律需求、设计和实现约束，如容错能力、高低温适应性、电子兼容性等环境适应性能力;
项目需求(C类非功能需求)：产品研制预算经费、合同额、交付日期等。
对于机载综合处理系统产品来讲，系统架构、实现技术、开发方法、开发环境、实现语言、重用性等通常都不是需求[4]。功能及非功能需求的树状图如图4所示。
图4 功能需求及非功能需求的树状图
4 机载综合处理系统需求管理
需求管理包括：变更控制、版本控制、状态追踪、追溯。
需求管理，实际是管理需求变更的若干过程，开发过程中的连续的变更带来的诸多困难问题。其主要关注点包括：管理需求间关系，管理需求优先级，管理不同文档间的从属性(需求文档，需求规格，研制系统过程中其他文档)，管理需求一致性变更[5]。
需求管理涉及的过程包括：变更和追溯，没有追踪性则无法有效管理需求。追溯性含义：谁提出的需求，为什么存在需求，需求与什么相关，如何将需求与其他信息关联(系统设计、实现、用户文档)。
(1) 威者工具支撑
需求管理工具包括：采集、存储、大数据量信息的维护;
为支撑需求管理而定制设计的不同的可用工具;
适用与需求工程的其他工具：配置管理系统、邮件系统、共享工作区。
(2) 需求管理工具支持功能
用于存储数据的数据库系统;
用于文档分析和生成的工具：构建需求数据库，生成需求文档;
帮助确保变更完全落实的变更管理工具;
帮助需求工程师找到系统需求间依赖关系的追踪工具。需求管理各环节关系如图5所示。
图5 需求管理各环节关系
5 研究方向
根据需求工程的理论，针对机载综合处理系统需要建立需求开发和需求管理两部分集成定制工具，必将极大的提高此类复杂嵌入式系统的研制水平。
(1) 集成定制需求开发工具。需要建设定制的基于模型的需求建模分析仿真的相关的需求开发工具，整合多个需求建模分析工具，建成适应机载综合处理系统产品特点的需求建模仿真分析专用的集成工具，解决工具分散孤立的问题，使之能对系统的各种特性进行需求分析[6]，最终形成完整的需求建模、分析、仿真的规范流程和完整工具链。
(2) 集成定制需求管理工具。需要建设定制面向全生命周期的需求管理相关工具，整合多个需求相关环节的工具，建成适应机载综合处理统级产品特点的需求采集管理工具，能形成完整的需求采集管理模板和管理流程以及完成的工具链，形成贯穿全生命周期的基于需求的信息化管理能力。
6 结 语
本文结合机载综合处理系统产品的应用特点，系统地介绍了需求工程所涉及的需求开发和需求管理两部分内容的理论和特点，分别介绍两部分工作中各自的重点难点以及指导依据，并且提出了针对机载综合处理系统这类复杂系统产品在需求开发和需求管理两个方面所需集成定制的工具链。
参考文献
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[3] 刘剑，王智学.基于本体的需求获取方法研究[M].北京：清华大学出版社，2005.
[4] 王智学.基于能力的复杂系统需求分析[C]//江苏省系统工程学会军事系统工程委员会第十届学术年会论文集.南京：江苏省系统工程学会，2008：125?128.
[5] 王莉，吴洁明.软件项目中的需求变更管理的研究[J].计算机技术与发展，2007，17(1)：119?122.
[6] 金芝，陆汝钤，BELL D A.多范例自动需求建模和分析：一种基于本体的方法[J].中国科学，2003，33(4)：297?312.
