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자동차 전자식 주차 브레이크 시스템 안전 요구사항 검증을 위한 모델검증 적용
Using Model Checking to Verify an Automotive Electric Parking Brake System 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.6 no.4, 2017년, pp.167 - 176  

최준열 (경북대학교 컴퓨터학부) ,  조준형 (만도 CBS 2실 설계1팀) ,  최윤자 (경북대학교 컴퓨터학부)

초록
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자동차 산업이 급격히 발달하면서 각종 인명손실을 예방하기 위한 정책 및 안전장치가 늘어나고 있다. 트렌드의 일환으로 2011년에 차량의 전기전자시스템의 기능안전성을 확보하기 위한 ISO26262 $1^{st}$ edition이 릴리즈 되었으며, 2016년 하반기에 $2^{nd}$ edition이 릴리즈 될 예정이다. ISO 26262에서는 안전 요구사항에 대해 Walk through, 인스펙션, 준정형 검증, 정형 검증을 통해 전기전자시스템 요구사항에 대한 검증을 요구하고 있다. 본 논문에서는 ASIL (Automotive Safety Integrity Level) D등급의 전자식 주차 브레이크 양산 프로젝트의 전기전자시스템 요구사항 검증모델검증을 적용함으로써 전기전자시스템 요구사항 검증 시 모델검증의 효율성을 기술한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are increasing policies and safeguards to prevent various human resource losses with the development of automotive industry. Currently ISO26262 $1^{st}$ edition has been released in 2011 to ensure functional safety of electrical and electronic systems and the $2^{nd}$ edi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 계획은 OEM으로부터 전자식 주차 브레이크 시스템 고객 요구사항을 제공받아 전자식 주차 브레이크 시스템에 대해 개념을 확인한다. 또한 안전 목표 및 기능 안전 요구사항을 충족시키기 위해 프로젝트가 완료되어야 하는 시점까지 어떻게 개발할 것인지 계획하는 단계이다.
  • Actuator Status 판단부분 검증을 위해 Actuator Status 판단부분과 연관이 있는 총 17개의 검증대상 프로세스를 생성하였다. 본 논문에서는 17개의 검증대상 중 Host Command, Host Availability Left, Host Availability Right, Actuator Status Left 그리고 Actuator Status Right 총 5개의 프로세스에 대해 기술한다.
  • 8은 전자식 주차 브레이크 스위치 또는 외부 상황을 판단하여 Park Apply, Hold Apply, Release, Dynamic Apply, Roller bench Apply, Auto Adjustment 요청을 받는 프로세스이다. 본 논문에서는 Apply 요청, Release 요청 2가지 location automata로 추상화시켜 표현한다.
  • Actuator Status Process는 타 프로세스의 정보를 바탕으로 모터의 구동상태가 Park Applied, Hold Applied, Released, Applying, Releasing, Completely Released 또는 Unknown인지 판단하여 다음 Actuator 명령을 만들 수 있도록 상태를 결정하는 가장 중요한 프로세스이다. 본 논문에서는 Unknown, Applying, Applied, Releasing 그리고 Released 총 5개의 location automata로 추상화시켜 표현한다.
  • 전자식 주차 브레이크 시스템은 자동차의 제동 및 운행과 관련된 시스템이기 때문에 높은 안전성을 요구하는 제품이다. 본 논문에서는 전자식 주차 브레이크 시스템 중 VDA 305-100의 내용을 준수하여 개발되는 Motor on Caliper Integrated Type 전자식 주차 브레이크 시스템 프로젝트 기준으로 기술한다[17]. Motor on Caliper Integrated Type는 전자식 주차 브레이크 시스템의 소프트웨어와 하드웨어를 안전 개념을 적용하여 2개의 제조사에서 개발하는 Type이다.
  • 본 연구를 통해 요구사항 검증의 중요성을 알 수 있었다. 인스펙션을 수행하더라도 설계된 요구사항에는 많은 결함이 있을 수 있고 이는 시스템의 정확성과 안전성을 떨어뜨린다는 것을 알 수 있었다.
  • 시스템에서 검증 대상을 선택하고 검증 대상에 대해 유한 모델을 생성한다. 생성 된 유한 모델에서 시스템이 만족해야 할 속성을 충족하는지 확인할 수 있다. 만약 유한 모델이 검증하고자 하는 속성을 만족하지 못하는 경우 반례를 보여준다.
  • 3을 보면 알 수 있듯이 모델검증은 시스템을 검증하기 위해 검증대상의 수행행위를 모델링 한다. 이 과정에서 검증하고자 하는 속성에 따라 추상화가 가능하며 정형명세된 수행행위를 검증하고자 하는 속성으로 논리적으로 검증한다. 반면 테스트는 발생할 수 있는 경로에서 가질 수 있는 모든 경우의 수 중에서 샘플링을 통해 검증한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
모델검증은 무엇인가? 모델검증은 정형 검증 기법의 하나로 정형명세로부터 생성된 유한모델과 시스템이 만족해야 할 요구사항이 갖추어 졌을 때, 시스템이 요구사항을 만족하는지 논리 알고리즘을 통해 확인하는 방법이다. 시스템에서 검증 대상을 선택하고 검증 대상에 대해 유한 모델을 생성한다.
V모델은 무엇인가? 1과 같이 ISO26262, ASPICE, CMMI 등에서 언급하는 V모델기반으로 시스템을 개발한다[3]. V모델은 소프트웨어 개발 프로세스 중 폭포수 모델을 확장한 모델로 폭포수 모델에 검증부분을 강화한 방법론이다. 특별히 V 모델에 안전을 특화 시킨 Spiral 모델을 사용하는 개발 프로세스도 간혹 사용되지만 대부분의 시스템은 V 모델에 기반하여 개발을 진행한다.
모델검증은 어떠한 대상에 대해 유한 모델을 생성하는가? 모델검증은 정형 검증 기법의 하나로 정형명세로부터 생성된 유한모델과 시스템이 만족해야 할 요구사항이 갖추어 졌을 때, 시스템이 요구사항을 만족하는지 논리 알고리즘을 통해 확인하는 방법이다. 시스템에서 검증 대상을 선택하고 검증 대상에 대해 유한 모델을 생성한다. 생성 된 유한 모델에서 시스템이 만족해야 할 속성을 충족하는지 확인할 수 있다.
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참고문헌 (20)

  1. ISO 26262 Functional Safety 2011, "Part8: Supporting Process," The International Organization for Standardization, 2011. 

  2. IEC 61508 Functional safety of electrical/electronic/ programmable electronic safety-related systems "Part 6: Guidelines on the application," International Electronical Committee, 2010. 

  3. RS Pressman, "Software engineering: a practitioner's approach," Mc Graw Hill, 6th ed. 2005. 

  4. W. Richards Adrion, "Validation, Verification, and Testing of Computer Software," Journal ACM Computing Surveys, Vol.14, Issues 2, pp.159-192, June, 1982. 

  5. ISO 26262 Functional Safety 2011, "Part1: Vocabulary," The International Organization for Standardization, 2011. 

  6. Ron Patton, "Software Testing (2nd Edition)," Sams Indianapolis, IN, USA, 2005. 

  7. T. Maier, "FMEA and FTA to Support Safe Design of Embedded Software in Safety-Critical Systems," Springer Safety and reliability of software based systems, pp.351-356, 1997. 

  8. Magnus Lindahl, Paul Pettersson, and Wang Yi, "Formal design and analysis of a gearbox controller," Springer International Journal of Software Tools for Technology Tansfer (STTT), 3: 353-368, 2001. 

  9. A. Cimatti, E. Clarke, E. Giunchiglia, and F. Gjunchiglla, "An Opensource tool for symbolic model checking," 14th International Conference, Computer Aided Verification, pp.359-364, July, 2002. 

  10. R. Alur, T.A. Henzinger, and M.Y. Vardi, "Theory in practice for system design and verification," ACM SIGLOG News, Vol.2, Issue 1, pp.46-51, January, 2015. 

  11. Pedro. R. D'Argenio, Joost-Pieter. Katoen, Theo C. Ruys, and Jan Tretmans, "The bounded retransmission protocol must be on time," in Proceedings of the 3rd International Workshop on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems, volume 1217 of LNCS, pp.416-431. Springer-Verlag, April, 1997. 

  12. Klaus Havelund, Kim G. Larsen, and Kristian Lund, "Formal verification of a power controller using the real-time model checker UPPAAL," 5th International AMAST Workshop on Real-Time and Probabilistic Systems, 1999. 

  13. M. Hendriks, N.J.M. van den Nieuwelaar, and F.W. Vaandrager, "Adding symmetry reduction to uppaal," in Proceedings First International Workshop on Formal Modeling and Analysis of Timed Systems, volume 2791 of Lecture Notes in Computer Science, 2003. 

  14. J. Lahtinen, J. Valkonen, K.Bjorkman, J. Frits, I. Niemela, and K. Heljanko, "Model checking of safety-critical software in the nuclear engineering domain," Reliability Engineering & System Safety, Vol.105, pp.104-113, September, 2012, 

  15. Thomas Hune, Kim G. Larsen, and Paul Pettersson, "Guided synthesis of control programs using UPPAAL," IEEE ICDCS International Workshop on Distributed Systems Verification and Validation, pp.15-22, IEEE Computer Society Press, April, 2000. 

  16. Alexandre David and Wang Yi, "Modelling and analysis of a commercial field bus protocol," Proceedings of the 12th Euromicro Conference on Real Time Systems, pp.165-172, IEEE Computer Society, 2000. 

  17. VDA, "VDA Recommendation 305-100, Version August 2014," Verband der Automobilindustrie, 2015. 

  18. Hohn E. Hopcroft and Jeffrey D. Ullman, "Introduction of Automata Theory, Languages, and Computation," Addison Wesley, 2001. 

  19. Gerd Behrmann, Alexandre David, and Kim G. Larsen, "A Tutorial on UPPAAL 4.0." www.uppaal.com, November, 2006. 

  20. W. E. Vesely. "Fault Tree Handbook," Technical Report NUREG-0492, US Nuclear Regulatory Commission, 1981. 

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