Qualidade de Sistemas Intensivos em Software no contexto de Missões Espaciais Dra Fátima Mattiello-Francisco

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1 Qualidade de Sistemas Intensivos em Software no contexto de Missões Espaciais Dra Fátima Mattiello-Francisco Docente Curso Engenharia de Sistemas Espaciais Março/2015

2 l l l l l l Formação: Bacharel em Ciência da Computação ICMC/ USP Mestre em Eletrônica e Telecomunicações INPE - Sistemas Tolerantes a Falhas Doutora em Engenharia da Computação - Teste de Software ITA Cargo: Tecnologista Sênior/ Engenharia de Software Laboratório de V&V sis - Coordenação de Gestão de Tecnologias (TEC) / NIT-INPE Docente do Curso de Engenharia de Sistemas Espaciais - ETE Projetos de Satélites Desenvolvimento do Software - Segmento Solo l Satélite de Coleta de Dados SCD Sistema de Controle da Antena l Satélite Científico SACI Sistema TM/TC Integração dos experimentos científicos carga útil SACI l Integração com OBDH l Integração com Solo Missões de Nanosatélites NanoSatC-BR e CONASAT SINDA Sistema INtegrado de Dados Ambientais Modernização do Centro Missão SCD Programa Brasileiro para a Estação Espacial Internacional ISS Missão de Balão Estratosférico Software de recepção da TM telescópio MASCO Máscara Codificada para imagear Raios-X Segmento Solo da Missão ProtoMIRAX projeto FINEP previsão de lançamento 2016 Projeto de Pesquisa em Teste de Software PLAVIS CNPq Universal cooperação ICMC-USP e IC-Unicamp REVVIS Revisão de Especialista em Verificação e Validação Independente de Software Robust Web Cooperação Brasil França REACT Recuperação de erros em Sistemas Assíncronos Sensíveis ao Contexto QSEE Qualidade do Software Embarcado em Aplicações Espaciais FINEP LabV&Vsis Laboratório de V&V de Sistemas Intensivos em Software

3 Conteúdo l Contextualização l Sistemas Intensivos em Software l ECSS e ciclo de vida de missões espaciais l Verificação e Validação l Qualidade do Processo l Qualidade do Produto l Experiências em IV&V Aplicação de metodologias MBT l Modelagem l Geração automática de testes l Execução

4 Contextualização Ø Crescente preocupação das agências espaciais mundiais a partir dos anos 90 com a qualidade dos projetos Ø satélites Ø veículos lançadores Ø operação de missões em solo Normas ECSS Ø Evolução tecnológica dos sistemas computacionais (hardware e software) aumenta as funcionalidades implementadas por software software mais complexo sistemas intensivos em software Ø Grandes investimentos do setor industrial na melhoria dos processos adotados no desenvolvimento de software Qualidade do processo de software - CMMI

5 Elementos da missão espacial WERTZ Space Mission Analysis and Design Como as partes da missão se comunicam O que o satélite observa (passive subject) ou interage (active or controlable subject) Pessoas e Software que executam a missão no dia a dia A trajetória do satélite durante a vida útil da missão Equipamentos de comunicação e facilidades de solo para controle do satélite Hardware e software que operam no espaço para observar ou interagir com o alvo da missão Como o satélite é colocado na órbita especificada

6 Sistemas Intensivos em Software EPP-1 (real) OBDH PDC SWPDC EPP-2 (real) Power TM/TC IONEX Carga útil TC from OBDH Subsistema de Controle e Atitude System Bus Outros Plataforma do Telecommand Satélite Satellite Telemetry & Centro Payload de Controle Telemetry TM to OBDH Other Commands AOCS computer Measurements Commands Actuators Antenna Control Centro de Missão Sensors Segmento Solo

7 Hierarquia dos Sistemas Espaciais ACDH

8 Normas ECSS - European Cooperation for Space Standardization ECSS Structure: Cliente x Fornecedor

9 ECSS-E-40 requirements l Requirements are established for the following disciplines: system engineering processes related to SW software requirements engineering software design engineering software validation and acceptance software operations engineering software maintenance software verification and validation (supporting process) l Additional requirements exist for specific types of SW or development: space segment ground segment SW reuse man-machine interfaces critical SW

10 ECSS-Q-80 requirements l l l Programmatic requirements on SW product assurance: organisation responsibilities planning management Software process assurance: lifecycle software development processes Software product assurance: quality objectives and metrication product quality requirements

11 Especificação Requisitos Linguagem Natural Modelos formais Software Embarcado Qualidade do Processo + Qualidade do Produto Qualidade [NBR ISO 8402] A totalidade das CARACTERÍSTICAS de uma ENTIDADE que lhe confere a capacidade de satisfazer às necessidades explícitas e implícitas de quem a UTILIZA

12 Qualidade de Processo Processo: É uma sequência de atividades realizadas para atingir um determinado propósito com o apoio de ferramentas especificadas. Objetivos Entradas atividades CMMI mpsbr Saídas Recursos e Infraestrutura

13 Modelos de Referência Qualidade do Processo de SOFTWARE Objetivos atividades Entradas CMMI mpsbr Saídas Recursos e Infraestrutura

14 Qualidade do Processo de SOFTWARE Processos de Ciclo de Vida do Software [ISO/IEC 12207]

15 Especificação VERIFICAÇÃO Requisitos PRODUÇÃO Métodos de Verificação [ECSS-E-10-02A] Ø Teste (mede o desempenho e funcionamento do produto em ambientes real ou simulados) [ECSS-E-10-03A] Ø Revisão de projeto (documentos de projeto evidenciam que os requisitos foram cumpridos) Ø Análise (técnicas analíticas ou similaridade) Ø Inspeção (determinação visual características físicas)

16 TESTES Especificação VERIFICAÇÃO Requisitos Build the Product Right PRODUÇÃO Build the Right Product Processos de Verificação e Validação V&V

17 Qualidade de Processo do Software Modelo V Requisitos Espec. Sist. Arquitetura Projeto Teste de Integração Teste de Unidade Teste de Sistema Teste de Aceitação Código

18 Ciclo de vida da missão Espacial [ECSS-M-30A]

19 Especificacão de Sistema Especificação do SW Definição das interfaces Análise de requisitos SRR Qualidade do Processo de Software - INPE Revisão de Requisitos do SW Projeto Preliminar Prototipação PDR Revisão de Prelimiar de Projeto Projeto Detalhado Implementação e Testes Revisão Crítica de Projeto CDR Integracão de sistema

20 Ciclo de vida da missão espacial FASES DA MISSÃO ESPACIAL O+A B C D E F PROCESSOS DO CICLO DE VIDA DO SOFTWARE A T I V I D A D E S MISSÃO / FUNÇÃO REQUISITOS DEFINIÇÃO & JUSTIFICATIVA VERIFICAÇÃO incluindo QUALIFICAÇÃO PRODUÇÃO UTILIZAÇÃO Processos da Engenharia de SISTEMAS relacionado ao SOFTWARE Processos da Engenharia de REQUISITOS e ARQUITETURA de SOFTWARE Processos da Engenharia de PROJETO e IMPLEMENTAÇÃO do SOFTWARE Processos de VERIFICAÇÃO do SOFTWARE Processos de VALIDAÇÃO do SOFTWARE Processos de ACEITAÇÃO do SOFTWARE PÓS VIDA ÚTIL Processos de OPERAÇÃO do SOFTWARE Processos de MANUTENÇÃO do SOFTWARE REVISÕES de MISSÃO DDR MDR PRR SRR PDR CDR QR AR ORR FRR EOL V&V

21 Especificação Requisitos Linguagem Natural Software Embarcado Modelos formais Qualidade do Processo Qualidade do Produto

22 Normas de Qualidade de Produto de Software ISO/IEC Engenharia de Software - Qualidade de Produto de Software 1: Modelo de Qualidade 2: Métricas Externas 3: Métricas Internas 4: Métricas de Qualidade em Uso ISO/IEC Tecnologia da Informação - Pacotes de Software - Teste e Requisitos de Qualidade ISO/IEC Engenharia de Software - Processo de Avaliação de Produto de Software 1: Visão Geral 2: Gestão e Planejamento 3: Processo para Desenvolvedores 4: Processo para Adquirentes 5: Processo para Avaliadores 6: Documentação para Módulos de Avaliação

23 Modelo da Qualidade de Produto de Software NBR ISO/IEC Visões da qualidade no ciclo de vida de um produto processo influencia produto de software influencia Efeito do produto de software influencia Qualidade de processo Atributos de qualidade interna Atributos de qualidade externa Atributos de qualidade em uso depende de depende de depende de medidas do processo medidas internas medidas externas medidas de qualidade em uso Contexto de uso

24 Modelo da Qualidade de Produto de Software NBR ISO/IEC pode ser utilizado: l Em conjunto com a ISO/IEC (ciclo de vida de software) para: u u obter uma estrutura para definição de requisitos de qualidade de software nos processos primários do ciclo de vida; dar suporte para revisão, verificação e validação nos processos de suporte de ciclo de vida.

25 Qualidade do Produto de Software Modelo de Qualidade de Software [SQuaRE] Qualidade do Produto de Software (ISO/IEC série 9126, reformulada em 2007 na serie ISO/IEC 25000).

26 Experiência em IV&V software Cliente Especificação Software Piloto do QSEE CARGA ÚTIL Imageamento contínuo (mínimo 9 meses) de Raios X de uma vasta região em torno do plano Galático central para fenômenos transientes Instrumento Imageador de Raios X Ø Computador PDC - SWPDC Ø Computador - Eventos das Câmeras - EPPs Ø 2 Câmeras de Raios X - HXI 2 versões Fornecedores

27 Processo de Verificação e Validação Independente Requisitos Base + Especificação Técnica l Metodologia de especificação dos testes CoFI IVV l l Participação nas revisões de projeto Refinamento da Modelagem usando o Manual do Usuário l l Ferramenta de Geração Automática de Testes CONDADO Script Casos de Teste Data Base QSEE-TAS OBDH Simulador SWPDC SIMULADOR EPPs Comandos/ Relatos de Teste

28 Fabrica de Software Análise de Requisitos Processos de Apoio Planejamento Projeto Lógico Projeto Físico Construção Testes Entrega/Homologação Fases do ciclo de vida do software Acompanhamento Gerência de Configuração Gerência de Mudança Garantia da Qualidade Revisão por Pares áreas chave de processos CMMI níveis 2 e 3

29 Modelo Fábrica de Software CMMI 3

30 Processo desenvolvimento do Software Fábrica de Software Software Instrumento (Fornecedor) Subsistema (Cliente) Sistema (Cliente) Revisões Técnicas SRR PDR DDR CDR QR AR Requisitos de Base RB Aceitação Espec - Protocolos Plano de Desenvolvimento de Software PDSw Plano VVI Especificação Técnica ETS DPS PTS Documento de Projeto de Software Plano de Teste Código Fonte MUS Manual do Usuário RTS Relato de Teste Modelo de Engenharia Modelo de Vôo SRR- Revisão Requisitos de Software PDR Revisão de Projeto Preliminar DDR Revisão de Projeto Detalhado CDR Revisão Crítica de Projeto QR - Revisão de Qualificação AR Revisão de Aceitação

31 Watchdog Control Validação nível de Instrumento Aceitação do Software Embarcado Mode Control Command Execution Housekeeping Analog/ Digital Telemetry Scientific Data SWPDC c b a Memory management TC verification Send Response Command to EPPs Hard X-ray Data Soft X-Ray Data OBDH emulator Payload Command TM Data Base Visualization EPPs SIMULATOR LabView environment Ambiente de Teste

32 QSEE-TAS Ambiente de Teste EPPs Simulator Mem. error Watchdog simulation ` OBDH simulator ` Comm. error Comm. error EPPs simulator SWPDC embedded in the PDC board

33 LabV&Vsis pesquisa pós-graduação projetos em rede parcerias nacionais parcerias internacionais Métodos de teste Processos de Teste Ferramentas de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Mecanismos de Testes Sw embarcado em sistemas aeroespaciais PLAVIS CoFI Injetor falhas Processos de V&V - normas Testes de Sw embarcado Revisão de Artefatos de Sw Processos QSEE-Tas Protocolos operacional customização Sw crítico em sistemas de s domínios? Automotiva Controle Tráfego Aéreo Médica

34 LabV&Vsis framework pesquisa Métodos de geração de teste Processos de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Normas Sistemas Espaciais Histórico de Teste PLAVIS RACME CoFI Injetor de Falhas CONDADO QSEE-Tas ECSS VVTeste InRob Ferramentas de Teste Aceitação de Sw QSEE FIAT protomirax SPADA 6 pessoas 3 sistema 2 testadores 1 modelagem operacional

35 Model-based Testing Technology transfer to FIAT

36 LabV&Vsis framework pesquisa Métodos de geração de teste Processos de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Normas Sistemas Espaciais Histórico de Teste PLAVIS RACME CoFI Injetor de Falhas CONDADO QSEE-Tas InRob ECSS VVTeste Ferramentas de Teste Aceitação de Sw QSEE FIAT protomirax SPADA operacional

37 Modernizing protomirax balloon ground station

38 Subsistema Controle e Recepção Solo - CRS Deliverables: Dez/13 QR Ago/13 Sw Development GCR Integration SubSystem AR Formal Review GS TC TM RIDs SRR PDR DDR CDR Integration Ground Station & TcTm CompSystem TecSpec GCR Int Req ICD Sw Dev Plan TecSpec SwGS VV Plan TecSpec GCR Int Req ICD Sw Dev Plan TecSpec SwTcTm VV Plan Sw Dev Plan TecSpec SwGS Sw Design GS Sw Test Spec VV Report Sw Dev Plan TecSpec SwTcTm Sw Design TcTm Sw Test Spec VV Report Legend: Green = Customer s Deliverable Blue = Supplier s Deliverable Red = VV Customer s Deliverable Boldface and Underlined = Final Issue Sw Design SwGS Code Sw Test Spec Sw Test Report User Manual VV Report Sw Design SwTcTm Code Sw Test Spec Sw Test Report User Manual VV Report User Manual Sw Acc Test Spec Sw Acc Test Rep SwGCR Code VV Report Foco no Plano de Voo RID = Review Item Discrepancy Req = Requirements Int = Interface Acc = Acceptance Testing Integration Ground Seg & Space Seg A C C E P T A N C E GCR deliver User Manual GRC Test Spec GRC Test Reprt

39 LabV&Vsis framework Pesquisa em V&V Métodos de geração de teste Processos de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Normas Sistemas Espaciais Histórico de Teste PLAVIS RACME CoFI Injetor de Falhas CONDADO InRob QSEE-Tas ECSS VVTeste Ferramentas de Teste Aceitação de Sw QSEE FIAT protomirax SPADA 4 pessoas 1 sistema 2 testadores 1 modelagem operacional

40 Nanosatellite constelation for environmental data collection

41 LabV&Vsis framework Pesquisa em V&V Métodos de geração de teste Processos de Teste Metodologias de Teste Arquiteturas de Teste Normas Sistemas Espaciais Histórico de Teste PLAVIS RACME CoFI Injetor de Falhas CONDADO InRob QSEE-Tas ECSS VVTeste Ferramentas de Teste Aceitação de Sw QSEE FIAT protomirax SPADA 4 pessoas 1 sistema 3 testadores operacional

42 NANOSATC-BR1 l Plataform: Cubesat 1U l Launch: 19 de Jun de 2014 l Payload Magnometer Driver on/off FPGA

43 NANOSATC-BR Brazilian satellite for the purpose of collecting the Earth's magnetic field data and test in flight, integrated circuits designed in Brazil for radiation resistance. 43

44 Architecture of NANOSATC-BR 44

45 Proposed TEST SYSTEM The proposed Test System architecture supports the V&V process focusing on interoperability features between the onboard computer and its payloads. 45

46 TestLink na gerência de testes - Projeto - Item de teste (componente, módulo, subsistema) - Tipo de teste (Aceitação, Integração, Unidade, Sistema) - Ambiente - Workbench de Teste - Versão do Software Alvo de Teste (SAT) - Conjuntos de Testes - n CTs por conjunto Caso de Teste (CT) - ID_CT - Autor - Descrição - Procedimento - Pré-condição - Sequencia de Entradas - Resultados Esperado - Requisito validado - Caso de Teste - Testador - Resultado obtido - Erro identificado - Parecer do testador - Oráculo (análise) - Sucesso - Falha - Não Conclusivo

47 Geração de Testes CoFI HJ2IF PLAVIS CONDADO FSM TIOA script LAB VVsis INPE TestLink Mantis QSEE-TAS Apoio à execução dos Testes PROCESSO V&V Base Conheci -mento Consulta s Integr. Fer. Execução RACME Metodologias Modelos Int. Ferram. Geração CT Gestão de Requisitos

48 l ANSI/IEEE Std , Standard for software user documentation. New York : IEEE Computer Society, 1987 l Azuma, M, Using quality models and metrics for software quality improvement, 2000 l Azuma, M, SQuaRE: the next generation of the ISO/IEC 9126 and international standards series on software product quality. In ESCOM, april 2001 l Guia de avaliação de produto de software l Guia aquisição de software e serviços correlatos mps Br l NBR ISO/IEC : Eng. de Software - Qualidade de produto - Parte 1: Modelo de Qualidade l ISO/IEC TR : Software Engineering - Product quality - Part 2: External metrics l ISO/IEC TR : Software Engineering - Product quality - Part 3: Internal metrics l ISO/IEC TR : Software Engineering - Product quality - Part 4: Quality in Use metrics l NBR ISO/IEC : Tecnologia da Informação - Avaliação de Produto - Parte 1: Visão Geral l NBR ISO/IEC : Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 2: Planejamento e Gerência l NBR ISO/IEC : Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 3: Processo para desenvolvedores l NBR ISO/IEC : Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 4: Processo para adquirentes l NBR ISO/IEC : Eng. de Software - Av. Prod. - Parte 5: Processo para avaliadores l NBR ISO/IEC : Engenharia de Software - Av. Prod. - Parte 6: Documentação de módulos de avaliação

49 Perguntas? Obrigada!

50 50 Concepção da Missão CONASAT Definição da plataforma Restrições: volume e massa

51 SBCDA Sistema de coleta de dados via satélite para monitoramento ambiental Segmento Espacial Satélites: SCD-1,2; CBERS-1,2,2B,4 Segmento Solo Plataformas de Coleta de Dados (PCD) Estações de recepção Cuiabá e Alcântara Centro de Missão Segmento Usuários Mais de 100 organizações Mais de 1000 PCDs cadastradas Principais Aplicações Monitoramento de Bacias Hidrológicas Meteorologia - Previsão de Tempo e Clima Oceanografia Qualidade Água; Química da atmosfera Compatibilidade com o sistema ARGOS Uso Gratuito Não é Sensoriamento Remoto. Concebido pelo INPE nos anos 80 51

52 52 Concepção da Missão CONASAT Definição das plataformas CONASAT 4 CONASAT 3 LINK Intersatélite Área de abrangência maior

53 NanosatC-Br1 l Objectives: Scientific Technological Student practice l 1U plataform and GS purchased from ISIS, through international bid in 2010 Delivery 2011 l Payloads Magnetometer - INPE Fault tolerant FPGA - UFRGS IC on/off driver SMDH/UFSM

54 Payloads l l l Magnetometer to measure the magnetic field mainly at the SAMA - South Atlantic Magnetic Anomally - INPE Fault tolerant FPGA Software Radiation tolerant UFRGS IC on/off driver SMDH/UFSM Radiation resistance by design Sofware library validation IC manufactured in Germanny Demand by INPE

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57 ITA GS