火控系统安全关键软件设计 · 课程目录

01安全关键系统概述

定义与特征、失效后果分级（灾难级、危险级、重大级、轻微级），典型安全关键系统举例（航空、航天、核电、医疗、汽车、火控）。

02火控系统架构与功能

火控系统组成（探测、解算、随动、显示）、核心功能（目标跟踪、弹道解算、射击控制）、安全关键特性分析。

03安全标准与法规基础

DO-178C（航空）、IEC 61508（通用）、ISO 26262（汽车）、MIL-STD-882E（国防）、GJB 9001C（国军标）概览。

04软件开发过程模型

V模型、敏捷开发在安全关键领域的适配、增量式开发、螺旋模型。

需求获取、需求分析、需求规格说明（RS）、需求管理、需求追溯矩阵。

06安全需求分析

危险源识别（HAZOP）、故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）、安全完整性等级（SIL/ASIL）分配。

07软件架构设计

层次化架构、模块化设计、分区与隔离、冗余设计（N版本、恢复块）、看门狗与心跳机制。

08详细设计方法

状态机设计（UML状态图）、数据流图、控制流图、伪代码与PDL。

09编码规范与标准

MISRA C/C++、JSF++ AV、GJB 5369、代码风格、命名规则、注释规范。

10安全关键编程实践

防御性编程、断言使用、异常处理策略、内存管理（避免动态内存）、中断安全编程。

11实时操作系统（RTOS）基础

任务调度（优先级、时间片）、任务间通信（消息队列、信号量、共享内存）、中断管理。

12RTOS在火控中的应用

任务划分（传感器采集、解算、控制、显示）、优先级分配策略、死锁与优先级反转解决。

13软件测试基础

测试级别（单元、集成、系统、验收）、测试类型（功能、性能、边界、压力）、测试用例设计（等价类、边界值、判定表）。

14结构覆盖测试

语句覆盖、分支覆盖、MC/DC覆盖、DO-178C对覆盖的要求、覆盖工具（LDRA、VectorCAST）。

15硬件在环测试（HIL）

HIL架构、实时仿真、故障注入、火控系统HIL测试案例。

16软件集成与构建

持续集成（CI）在安全领域的应用、构建管理、版本控制（Git）、基线管理。

配置项识别、变更控制、配置审计、状态记帐、工具（SVN、Git、ClearCase）。

18安全案例与论证

安全案例结构（GSN-目标结构符号）、论证策略、证据收集、安全案例评审。

19形式化方法入门

形式化规格（Z语言、VDM）、模型检验（SPIN、NuSMV）、定理证明（Coq、Isabelle）在安全关键中的应用。

20静态分析技术

数据流分析、控制流分析、抽象解释、工具（Polyspace、Coverity、Klocwork）。

21动态分析技术

运行时监控、内存检测（Valgrind）、性能分析、覆盖率分析。

22可靠性工程

可靠性指标（MTBF、MTTF、MTTR）、可靠性模型（串联、并联、k/n）、可靠性预计与分配。

23故障容错设计

故障检测（BIST、CRC、奇偶校验）、故障隔离（FDIR）、故障恢复（回滚、降级）。

24信息安全与安全关键系统

信息安全与功能安全的关系、威胁建模（STRIDE）、安全通信（TLS、IPsec）、抗干扰设计。

25人因工程与安全

人机界面设计原则、告警设计、操作员误操作预防、自动化与人为因素平衡。

26认证与取证

软件合格审定流程、DO-178C的5个等级、取证文档（PSAC、SDP、SVP、SCMP、EASA表格）、适航审查。

安全关键项目计划、风险管理、成本估算（COCOMO）、团队角色（安全经理、验证工程师）。

工具分类（开发工具、验证工具、测试工具）、工具鉴定等级（TQL）、工具鉴定流程。

典型火控系统安全关键软件开发全过程（从需求到认证）、经验教训、最佳实践。

人工智能在火控中的应用（目标识别、决策辅助）、AI安全挑战、自动驾驶与火控的交叉、量子计算对安全的影响。