ISO 26262 2nd Edition Part 7　実践ガイド - Python転職初心者向けエンジニアリングブログ

ISO 26262 2nd Edition Part 7とは？

ISO 26262は、車載システムの安全性を確保するための国際標準規格です。その中でも「Part 7」は、車載ソフトウェアの開発における具体的なガイドラインを提供する部分です。具体的には、ソフトウェアの単体テストや統合テスト、コードレビューなどに関するプロセスを定義しており、最終的には安全で信頼性の高いコードを作り上げることが目標です。

Part 7の役割と重要性

Part 7は、主に「ソフトウェアユニットの確認」と「ソフトウェアユニットの検証」にフォーカスしています。これは、車載ソフトウェアの各ユニットが正しく動作することを保証し、それを積み重ねて最終的なシステムの安全性を高めることを目的としています。

例えば、ソフトウェアが走行中の車のブレーキを制御している場合、そのユニットが意図したとおりに動作しないと大事故につながる可能性があります。Part 7の要件を遵守することで、そのようなリスクを最小限に抑えることができます。

ソフトウェア開発におけるPart 7のポイント

Part 7では、ソフトウェア開発プロセスの各段階で以下のポイントに焦点を当てています。

ソフトウェアユニットの確認
コードが設計に沿っているかどうかの確認。これは、コードレビューやスタティック解析ツールを使用することで達成されます。
ソフトウェアユニットの検証
ユニットテストを実行して、コードが期待どおりに動作しているかどうかを確認します。テストカバレッジを測定し、重要なケースを漏れなく検証します。

サンプルコードでの説明

ここでは、簡単な例として「ブレーキ制御システム」をシミュレートしたコードを考えてみましょう。このコードは、車の速度に応じてブレーキを自動的に調整するユニットを模したものです。ISO 26262 Part 7の要求に沿った開発プロセスの一部を紹介します。

class BrakeControl:
    def __init__(self):
        self.speed = 0
        self.brake_force = 0

    def set_speed(self, speed):
        if speed < 0:
            raise ValueError("速度は負の値にはできません")
        self.speed = speed

    def apply_brake(self):
        if self.speed > 60:
            self.brake_force = 100
        elif self.speed > 30:
            self.brake_force = 70
        else:
            self.brake_force = 30

    def get_brake_force(self):
        return self.brake_force

この「BrakeControl」クラスは、車の速度に応じてブレーキの強さを設定するものです。速度が速いほどブレーキ力が強くなるというシンプルなロジックです。しかし、このコードが本当に期待通りに動作するのか、ISO 26262 Part 7に従い、ユニットテストを通じて確認します。

ユニットテストの実装

以下は、Pythonの標準的なテストフレームワーク「unittest」を使用して、上記のクラスをテストする例です。

import unittest

class TestBrakeControl(unittest.TestCase):
    def test_set_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        bc.set_speed(50)
        self.assertEqual(bc.speed, 50)

    def test_apply_brake_high_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        bc.set_speed(70)
        bc.apply_brake()
        self.assertEqual(bc.get_brake_force(), 100)

    def test_apply_brake_medium_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        bc.set_speed(40)
        bc.apply_brake()
        self.assertEqual(bc.get_brake_force(), 70)

    def test_apply_brake_low_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        bc.set_speed(20)
        bc.apply_brake()
        self.assertEqual(bc.get_brake_force(), 30)

    def test_negative_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        with self.assertRaises(ValueError):
            bc.set_speed(-10)

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

このユニットテストは、「BrakeControl」クラスの各機能が正しく動作するかどうかを検証しています。特に以下の点に注意しています。

正の速度設定
test_set_speed メソッドで速度が正しく設定されるかを確認しています。
ブレーキ力の検証
test_apply_brake_high_speed から test_apply_brake_low_speed までのテストで、速度に応じたブレーキ力が正しく設定されるかを確認しています。
負の速度エラーの確認
test_negative_speed メソッドで、負の速度を設定した場合に適切にエラーが発生するかをテストしています。

サンプルコードの実行結果

テストを実行すると、次のような結果が得られます。

....
----------------------------------------------------------------------
Ran 5 tests in 0.002s

OK

すべてのテストが正常にパスしたことを示しています。これにより、各ユニットが意図したとおりに動作していることが確認できます。

Part 7に基づいた改善ポイント

このコードとテストを使って、ISO 26262 Part 7の観点から改善点を考えてみましょう。

1. 境界値テスト

速度が30や60などの境界のケースについてもテストする必要があります。境界値での動作は、特に重要な場面でエラーが発生しやすいため、テストすることでシステムの信頼性が向上します。

    def test_apply_brake_boundary_speed(self):
        bc = BrakeControl()
        bc.set_speed(30)
        bc.apply_brake()
        self.assertEqual(bc.get_brake_force(), 30)
        
        bc.set_speed(60)
        bc.apply_brake()
        self.assertEqual(bc.get_brake_force(), 70)

2. コードレビューとスタティック解析

コードレビューを行い、設計に対してコードが適切に実装されているか確認します。また、スタティック解析ツールを使用して潜在的なバグやパフォーマンス問題を検出します。この段階で問題を発見することで、コストのかかる修正を未然に防げます。

3. 例外処理の強化

例えば、set_speed メソッドにおいて速度の上限値を超えた場合の処理がありません。現実の車では速度に上限がありますので、必要に応じて適切な例外処理を追加するべきです。

    def set_speed(self, speed):
        if speed < 0:
            raise ValueError("速度は負の値にはできません")
        elif speed > 200:  # 仮の速度上限
            raise ValueError("速度が上限を超えています")
        self.speed = speed

感想とまとめ

ISO 26262 Part 7に従ったソフトウェアユニットの確認と検証は、初めての人には難しく感じられるかもしれません。しかし、正確なテストとコードの見直しを繰り返すことで、徐々に安全性と信頼性の高いシステムを構築することができます。

今回の例では、簡単な「ブレーキ制御システム」を使って、ユニットテストの重要性と、ISO 26262 Part 7の基準をどのように満たすかについて説明しました。このような地道な取り組みが、最終的には車両の安全性を確保し、私たちの命を守ることにつながります。

車載システムの開発において安全性は妥協できない部分です。コードの精度を高めるためには、テストやコードレビューといった手順を丁寧に行い、それを通じてより良い品質を目指す姿勢が重要です。安全性の確保には多くの労力が必要ですが、その結果得られる信頼性は何物にも代えがたい価値があります。