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문제 정의
- 각 수행방식의 장/단점 분석을 통해, 상향식 방식은 신규 개발 과제에 적합하며, 하향식 방식은 통합/체계 시험을 개발 초기에 수행할 수 있는 검증된 기존 장비/모듈(하드웨어/소프트웨어) 등이 존재하는 성능개량 과제에 적합한 방식이라는 결론을 얻었다. 따라서본 논문에서는 기존 개발 완료된 소프트웨어 및 하드 웨어가 존재하는 성능개량 과제에 대해서 하향식 (Top-down) 방식의 동적시험 적용을 제안한다.(그림 6.
- 본 논문에서는 성능개량중인 무기체계 내장형 소프트웨어의 신뢰성을 향상시키기 위한 정적 시험 및 동적 시험 방안을 제시하였고 그 과정과 결과를 기술하였다.
제안 방법
- 기존의 무기체계 내장형 소프트웨어는 신뢰성시험을 실시하지 않았으며 일부 사업에 대해서만 정적시험을 시범적용 하여왔으나, 의무사항이 아니므로 많은 연구가 다루어지지 않았고, 정적시험 중 실행시간오류 검출시험만을 시행해 왔다. 2013년 모든 무기체계로 소프트웨어 신뢰성 시험(정적, 동적)이 의무화 적용됨에 따라 본 논문에서 다루는 성능개량 다기능레이더 개발과제에서 처음으로 무기체계 내장형 소프트웨어 정적시험과 동적시험을 모두 적용하였다.
- Syntax Error가 없는 코드를 코딩규칙 검증용 정적 시험도구로 분석하여 결함을 수정 한다.
- 단위시 험은 성능 보다는 기능성에 중점을 두기 때문에 Emulation 환경에서 수행하는 것에 문제가 없으며, 실행시간/편이성 등의 장점이 있으며, 이를 통해서 다양한 Test Case 수행이 가능하였으며, 수행시간도 줄일 수 있었다. 단위시험 시 아래의 함수를 제외하고 100% 미달성 함수에 대해서 단위시험을 수행하였다.
- 본 과제에서는 효율적인 신뢰성 시험을 위해 동적 시험에 앞서 정적 시험을 먼저 수행 하였다. 그 이유는 동적 시험 시에 높은 코드 실행률(Code Coverage)을 달성하기 위해 아무리 완벽한 테스트 케이스를 작성한다 하더라도 커버리지 테스트 과정에서 Unreachable Code나 Redundant Condition 등의 문제가 발견되면 테스트 케이스 및 코드 수정과 같은 일련의 Validation 과정들을 다시 수행해야 하는 시간적 손실을 가져오기 때문이다.
- 본 논문에서는 “무기체계 소프트웨어 개발 및 관리실무 지침서”[3]의 부록 7 “소프트웨어 신뢰성 시험지침” 및 국제표준인 CWE-659[4], DO-178B[5]을 참조하여 성능개량 다기능레이더 과제의 제어컴퓨터에 탑재되는 소프트웨어를 대상으로 하는 정량적이고 객관적인 신뢰성 시험 절차 및 기준을 제시한다.
- 본 장에서는 무기체계 내장형 소프트웨어 개발 시에 정적 분석 기법을 적용한 개발절차를 제안한다.
- 실행시간오류를 수정하여 발생한 코딩규칙 결함을 확인하여 수정한다
- 앞에서 언급한대로 다기능 레이더 개발과제는 성능 개량 과제로서 그 중 제어컴퓨터 소프트웨어에 대해서 동적시험을 수행하였으며 성능개량에 유리한 방식인 하향식 방식을 적용하였다. 실행률은 성능개량 요구사항에 따른 추가 및 변경된 모듈에 대해서 구문 실행률 100%를 목표로 그림 8.
- 정적 시험은 코딩규칙 검증시험과 실행시간오류 검출시험을 구현 단계에서 개발 프로세스에 포함하여 수행하였으며, 동적 시험은 성능개량 과제의 특성에 맞춰 하향식(Top-down) 방식을 적용하여 수행하였다. 단위시험은 함수 개수, 기능수, 복잡도 등이 높아 지면 TestCase가 증가하며, TestCase 증가에 따라 시험 기간도 현격히 증가한다.
- 본 논문에서는 “무기체계 소프트웨어 개발 및 관리실무 지침서”[3]의 부록 7 “소프트웨어 신뢰성 시험지침” 및 국제표준인 CWE-659[4], DO-178B[5]을 참조하여 성능개량 다기능레이더 과제의 제어컴퓨터에 탑재되는 소프트웨어를 대상으로 하는 정량적이고 객관적인 신뢰성 시험 절차 및 기준을 제시한다. 제어 컴퓨터 소프트웨어가 실시간으로 동작하는 내장형 소프트웨어이고 개발이 완료된 기본형 소프트웨어를 기반으로 한다는 특징을 고려하여 성능개량중인 무기체계 소프트웨어에 적합한 신뢰성 시험 절차 및 방식을 제안하고 실제 수행한 신뢰성 시험결과 및 그 분석결과를 제시한다.
- 코딩규칙 결함이 없는 코드를 실행시간오류 검출용정적 시험도구로 분석하여 결함을 수정 한다.
- 통합시험은 SW에 실행률 측정을 위한 탐침코드를 삽입하여 수락시험 항목을 수행할 때 각 항목별로 구문실행률을 측정하는 방식으로 진행하였다. 시험결과총 구문 대비 83.
대상 데이터
- 시험 도구는 2.5.1 시험 기준과 국제표준인 CWE-659[4], DO-178B[5]를 만족하는 도구를 선정하였으며 아래와 같다.
성능/효과
- 1차 시험 결과 Major 989개 결함 중 가장 많이 검출된 항목은 Cast Alters Value로 880개가 검출되었다. 이 역시 주로 재사용 코드에서 발생하였으며 개발 초기에 코딩 규칙을 적용하는 것이 얼마나 중요한 지를 역설적으로 보여준다.
- 각 수행방식의 장/단점 분석을 통해, 상향식 방식은 신규 개발 과제에 적합하며, 하향식 방식은 통합/체계 시험을 개발 초기에 수행할 수 있는 검증된 기존 장비/모듈(하드웨어/소프트웨어) 등이 존재하는 성능개량 과제에 적합한 방식이라는 결론을 얻었다. 따라서본 논문에서는 기존 개발 완료된 소프트웨어 및 하드 웨어가 존재하는 성능개량 과제에 대해서 하향식 (Top-down) 방식의 동적시험 적용을 제안한다.
- 이에 반해 다기능레이더 성능개량형의 제어컴퓨터 소프트웨어는 소프트웨어 구현단계부터 정적시험을 적용하였으며 이로 인해 잠재적인 결함을 조기에 식별하여 제거함으로써 SW의 신뢰성을 확보하였다. 구체적인 정적시험 적용 효과는 기존의 코드 검증을 통해 오류 검출 및 SW 품질 향상, 코드의 품질 확보 및 복잡도 관리로 신뢰성 향상, 코드 품질향상으로 코드 재사용 가능, 조기에 잠재적 오류 가능성이 있는 코드를 식별하여 선재적인 조치가 가능하였다.
- 단위 시험 수행결과 총 단위 시험 대상 구문(통합 시험에서 완료한 구문을 제외한)에 대해서 99.86%의 실행률을 달성하였으며, 전체 함수 기준 39.7%의 함수가 100% 구문 실행률을 달성하였다. 자세한 시험결과 및 근거자료는 표 6.
- 단위 시험은 실환경 수행 제약조건 등의 이유로 윈도우 PC에서 Emulation 환경으로 수행하였다. 단위시 험은 성능 보다는 기능성에 중점을 두기 때문에 Emulation 환경에서 수행하는 것에 문제가 없으며, 실행시간/편이성 등의 장점이 있으며, 이를 통해서 다양한 Test Case 수행이 가능하였으며, 수행시간도 줄일 수 있었다. 단위시험 시 아래의 함수를 제외하고 100% 미달성 함수에 대해서 단위시험을 수행하였다.
- 본 연구를 통해 하향식(Top-down) 동적 시험 방식은 단순히 시스템/통합 시험단계의 사용자 시험만으로 코드 실행률 측정을 가능하게 함으로써 이미 개발 완료된 무기체계 시험의 어려움과 성능개량중인 무기 체계 시험의 어려움을 해결할 수 있고, 단위 시험이 불가능한 UI모듈의 신뢰성 시험 방안이 될 수 있음을 확인하였다. 또한 검증된 기존의 장비를 가진 성능개량 등의 사업에 적용되면 동적시험 기간 감소를 통한 개발기간 단축 효과가 기대된다.
- 통합시험은 SW에 실행률 측정을 위한 탐침코드를 삽입하여 수락시험 항목을 수행할 때 각 항목별로 구문실행률을 측정하는 방식으로 진행하였다. 시험결과총 구문 대비 83.5%의 구문 실행률이 측정되었으며, 60.2%의 함수가 100% 구문 실행률을 달성하였다. 자세한 시험결과 및 근거자료는 표 5.
- 단위시험은 함수 개수, 기능수, 복잡도 등이 높아 지면 TestCase가 증가하며, TestCase 증가에 따라 시험 기간도 현격히 증가한다. 이를 해소하기 위해 본 논문에서는 성능개량 과제의 특징인기 개발 완료된(보유한) 소프트웨어 및 하드웨어를 활용하여 하향식(Top-down) 방식을 도입하여 단위시험의 TestCase를 60%이상 줄임으로서 시험 수행 시간을 현격히 단축시킬 수 있었다.
- 와 같은 절차로 진행한다. 정적시험 단계를 추가한 개발절차를 통해 Buffer Overrun, Leak, Double Free 등의 결함들을 코드 구현 후 바로 검출할 수 있고, 검출된 결함을 즉시 수정함으로서 다른 부분의 코드에 미치는 영향을 미연에 차단하고, 시험 단계의 시간, 인력, 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며 무엇보다 고 신뢰성, 고 안정성의 소프트웨어를 보장할 수 있다.
- 통합시험과 단위시험의 수행결과를 통합하여 총 동적시험 대상 구문에 대해서 99.96%의 실행률 결과를 보였다. 미수행 구문은 아래와 같이 수행할 수 있는조건을 만들 수 없는 구문에 해당하였다.
- 단위 시험 수행시간이 통합/체계시험에 비해 많은 시간이 소요된 이유는 통합시험은 한 개의 시험항목( 시나리오)에 대해서 여러 함수가 수행되는 반면에 단위시험은 개별 함수별로 모든 경우에 수에 대한 TeseCase 작성 항목 수가 많고 함수 입/출력에 대한 검증에 소요되는 시간이 오래 걸리기 때문이었다. 하지만 본 논문에서는 이미 개발 완료된 소프트웨어 및 하드웨어를 가지고 있는 다기능레이더 성능개량 과제의 특성에 맞춰 제안한 하향식 (Top-down) 방식의접근을 통해 60% 이상의 함수에 대한 단위시험 수행이 제외됨으로서(표 5. 참조) 상향식 (Bottom-up) 방식에 비하여 상대적으로 단위시험 시간을 50% 이상 줄일 수 있었다.
후속연구
- 본 연구를 통해 하향식(Top-down) 동적 시험 방식은 단순히 시스템/통합 시험단계의 사용자 시험만으로 코드 실행률 측정을 가능하게 함으로써 이미 개발 완료된 무기체계 시험의 어려움과 성능개량중인 무기 체계 시험의 어려움을 해결할 수 있고, 단위 시험이 불가능한 UI모듈의 신뢰성 시험 방안이 될 수 있음을 확인하였다. 또한 검증된 기존의 장비를 가진 성능개량 등의 사업에 적용되면 동적시험 기간 감소를 통한 개발기간 단축 효과가 기대된다.
- 본 논문에서 다루는 다기능레이더는 중거리 지대공 유도무기체계의 핵심 구성품으로 서울 및 수도권 핵심시설 방어 등 한국군의 주력 방공임무를 수행할 예정이다. 현재는 대 항공기용으로 개발된 기본형에 대탄도탄 탐지/추적 능력을 추가하는 성능개량이 진행 중이다.
- 향후 본 소프트웨어가 탑재된 구성품의 개발/운용시험평가를 통해 소프트웨어의 오작동 감소와 소프트웨어 신뢰성, 안정성 향상을 확인할 예정이며, 개발초기 적용으로 S/W 결함을 미연에 방지하여 개발/시험 기간 단축이 기대 된다.
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