Mutation Analysis for Cyber-Physical Systems: Scalable Solutions and Results in the Space Domain
Notice bibliographique
Résumé
On-board embedded software developed for spaceflight systems (space software) must adhere to stringent software quality assurance procedures. For example, verification and validation activities are typically performed and assessed by third party organizations. To further minimize the risk of human mistakes, space agencies, such as the European Space Agency (ESA), are looking for automated solutions for the assessment of software testing activities, which play a crucial role in this context. Though space software is our focus here, it should be noted that such software shares the above considerations, to a large extent, with embedded software in many other types of cyber-physical systems. Over the years, mutation analysis has shown to be a promising solution for the automated assessment of test suites; it consists of measuring the quality of a test suite in terms of the percentage of injected faults leading to a test failure. A number of optimization techniques, addressing scalability and accuracy problems, have been proposed to facilitate the industrial adoption of mutation analysis. However, to date, two major problems prevent space agencies from enforcing mutation analysis in space software development. First, there is uncertainty regarding the feasibility of applying mutation analysis optimization techniques in their context. Second, most of the existing techniques either can break the real-time requirements common in embedded software or cannot be applied when the software is tested in Software Validation Facilities, including CPU emulators and sensor simulators. In this paper, we enhance mutation analysis optimization techniques to enable their applicability to embedded software and propose a pipeline that successfully integrates them to address scalability and accuracy issues in this context, as described above. Further, we report on the largest study involving embedded software systems in the mutation analysis literature. Our research is part of a research project funded by ESA ESTEC involving private companies (GomSpace Luxembourg and LuxSpace) in the space sector. These industry partners provided the case studies reported in this paper; they include an on-board software system managing a microsatellite currently on-orbit, a set of libraries used in deployed cubesats, and a mathematical library certified by ESA.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,014 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».