Design and implementation of software tests for the ISS-experiment FARGO based on STPA-BDD

Abstract

STPA-BDD has been proposed for agile software development to facilitate the development of safety-critical software. This has already been tested in a controlled experiment, but beyond that insufficient real-world applications on the utilization of STPA-BDD have been published. To mitigate this issue and gain insights into the real-world utilization of STPA-BDD to enhance the process of developing safe software a specific use case is needed. Thus, in this thesis the development of respective software tests for the ISS-experiment FARGO is performed. A case study is conducted on the software test development part of FARGO, which uses the V-model as a working process. As expected STPA found additional failure cases to be considered. Analyzing the code coverage of the derived BDD scenarios required more effort than initially anticipated due to the fact that there was a discrepancy between the control structure used for STPA and the actual hardware. This was discovered when the BDD scenarios were about to be translated into test cases for the software. A solution to circumvent this issue was determined and implemented. It can be concluded that the assumption of STPA-BDD enhancing the development of safe software is technically correct, but further enhancement is possible and additional investigation is required.

STPA-BDD wurde als Konzept für die agile Entwicklung von Software erarbeitet, um die Entwicklung sicherheitskritischer Software zu erleichtern. Dies wurde bereits in einem kontrollierten Experiment getestet, aber darüber hinaus wurde noch nicht genügend zur realen Anwendung von STPA-BDD veröffentlicht. Zur Minderung dieses Problems und um Einblicke in die reale Nutzung von STPA-BDD, das die Entwicklung sicherer Software erleichtern soll, zu gewinnen, ist ein spezifischer Anwendungsfall erforderlich. Daher wird in dieser Masterarbeit die Entwicklung entsprechender Softwaretests für das ISS-Experiment FARGO durchgeführt. Es wird eine Fallstudie am Softwaretestentwicklungsteil von FARGO, das das V-Modell als Arbeitsprozess verwendet, durchgeführt. Wie erwartet hat die STPA zusätzliche zu berücksitigende Fehlerfälle aufgedeckt. Die Analyse der Codeabdeckung der abgeleiteten BDD-Szenarien erforderte mehr Aufwand als ursprünglich erwartet. Der Grund hierfür ist eine Diskrepanz zwischen der Kontrollstruktur der STPA und der tatsächlichen Hardware. Dies wurde bei dem Versuch, die BDD-Szenarien in Testfälle für die Software umzuwandeln, entdeckt. Eine Lösung zur Umgehung dieses Problems wurde ermittelt und implementiert. Es kann geschlussfolgert werden, dass obige Annahme prinzipiell richtig ist, es jedoch Verbesserungspotential gibt und zusätzliche Untersuchungen erforderlich sind.