核電廠安全重要儀表與控制系統中A類功能計算機軟件檢測項目研究

一、背景與定義

二、檢測標準體系

1. 國際標準
   • IEC 60880:2018《核電廠安全重要系統軟件要求》
   • IEEE 7-4.3.2《核電廠數字計算機軟件驗證與確認》
2. 國內規范
   • GB/T 13630-2020《核電廠控制室設計》
   • HAF 102《核動力廠設計安全規定》

三、關鍵檢測項目與實施要點

（一）需求階段驗證

1. • 需求覆蓋率100%（包括異常工況）
   • 安全功能與非安全功能的隔離要求
   • 反應堆緊急停堆邏輯的完備性
2. • 時間序列邏輯驗證（CTL公式）
   • 死鎖檢測
   • 可達性分析

（二）設計階段檢測

1. • 容錯架構驗證（三取二冗余比對機制）
   • 通信延遲分析（CAN總線≤50ms時延保證）
   • 故障樹分析（FTA）覆蓋所有CCF共因失效路徑

2. 接口維度	檢測要點
   硬件接口	信號采集周期誤差±0.1%
   人機接口	EOP規程符合性驗證
   通信接口	CRC校驗位完整性測試

（三）代碼級檢測

1. • 數據流異常檢測（未初始化變量、數組越界）
   • MISRA-C 2012規則符合性檢查
   • 圈復雜度分析（函數單元≤15）
2. • 白盒測試：MC/DC覆蓋率>99%（DO-178B Level A）
   • 邊界值測試：包括±5%超量程擾動注入
   • 故障注入測試：模擬CPU寄存器翻轉故障

（四）系統集成測試

1. • 緊急停堆邏輯觸發時間≤200ms
   • 安全殼隔離信號響應精度±0.5%
   • 縱深防御各層級的功能協調性測試
2. • 電源瞬態測試（±20%電壓波動）
   • 電磁兼容測試（EN 61000-6系列標準）
   • 共模故障模擬（同時注入3個獨立故障）

四、專項檢測技術應用

1. 時間特性驗證

• 采用Lauterbach Trace32進行實時性分析：
  • 任務切換時間≤10μs
  • 中斷響應延遲≤5μs
  • 看門狗復位周期誤差±1%

2. 軟件老化測試

• 持續運行測試（≥3×設計壽命周期）
• 內存泄漏檢測（Valgrind工具分析）
• 配置項版本回滾測試

五、質量保證措施

1. • 需求追溯報告
   • 缺陷密度統計（≤0.1缺陷/KLOC）
   • 代碼變更影響分析報告
2. • 測試用例有效性評估（≥95%覆蓋率）
   • 工具鏈鑒定（TÜV認證）
   • 安全論證（Bowtie模型分析）

六、典型案例分析

• 發現并修復了12處需求規格漏洞
• 識別出3類共模故障場景
• 最終實現軟件失效概率≤1×10^-7/小時

七、發展趨勢

1. 基于數字孿生的虛擬驗證技術
2. AI輔助的自動化測試用例生成
3. 量子計算在形式化驗證中的應用