余云飛（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 概述

隨著我國(guó)鐵路客運(yùn)專線建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，客運(yùn)專線列控中心應(yīng)用軟件的生產(chǎn)需求逐年增大。相比于既有線列控中心，客專列控中心功能龐大，外部接口多，接口形式復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)室列控中心系統(tǒng)目標(biāo)平臺(tái)數(shù)量有限，無(wú)可視化運(yùn)行狀態(tài)顯示功能，其外部接口設(shè)備諸如軌道電路移頻柜、LEU-應(yīng)答器設(shè)備等，占地面積大，安裝條件不具備，在實(shí)驗(yàn)室搭建由真實(shí)列控中心設(shè)備和外部接口設(shè)備（或部分外部模擬設(shè)備）構(gòu)成的客專列控中心測(cè)試環(huán)境難度很大，且搭建效率和使用質(zhì)量皆無(wú)法滿足日益增加的列控中心軟件開發(fā)及測(cè)試需求。因此，一個(gè)功能結(jié)構(gòu)完整、配置靈活、搭建及使用簡(jiǎn)潔高效，可大面積部署的仿真測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于緩解日益擴(kuò)大的生產(chǎn)與研發(fā)及測(cè)試間的矛盾將會(huì)起到積極的推動(dòng)作用。

列控中心仿真測(cè)試系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TCCT）是針對(duì)CTCS-2級(jí)客運(yùn)專線列控中心接口開發(fā)的基于PC及W in d ow s操作系統(tǒng)的列控中心軟件調(diào)試及測(cè)試平臺(tái)，通過實(shí)現(xiàn)列控中心對(duì)外通信接口單元仿真和外部通信設(shè)備邏輯仿真，以及列控中心主機(jī)單元設(shè)備的仿真，為列控中心軟件的開發(fā)及測(cè)試過程提供相應(yīng)解決方案。

2 列控中心設(shè)備接口概述

如圖1所示，列控中心主機(jī)柜內(nèi)設(shè)備由列控中心主機(jī)單元及對(duì)外通信接口設(shè)備構(gòu)成。列控中心應(yīng)用軟件運(yùn)行于主機(jī)單元，通過柜內(nèi)通信接口單元、PIO驅(qū)采單元、站間通信接口單元等通信接口設(shè)備，實(shí)時(shí)與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、鄰站列控中心、臨時(shí)限速服務(wù)器、軌道電路、繼電電路、LEU電子單元等外部通信設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成信號(hào)狀態(tài)的輸入及輸出。

TCCT先后實(shí)現(xiàn)PC機(jī)上列控中心主機(jī)單元外部設(shè)備及主機(jī)單元的仿真，使列控中心應(yīng)用軟件開發(fā)及測(cè)試效率得到大幅提升。

余云飛，男，碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，工程師。主要研究方向包括列控中心仿真測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)，列控中心軟件測(cè)試技術(shù)研究，曾參與CTCS-2級(jí)客運(yùn)專線列控中心測(cè)試系統(tǒng)研究、城際鐵路列控系統(tǒng)研究、LKD2-T1型列控中心系統(tǒng)研究等項(xiàng)目。

3 TCCT設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

隨著客運(yùn)專線列控中心開發(fā)及測(cè)試需求的不斷深化，TCCT的研發(fā)過程大致按如下3個(gè)階段進(jìn)行。

1）通信接口單元及外部通信設(shè)備仿真器的開發(fā)及應(yīng)用；

2）列控中心主機(jī)單元仿真器開發(fā)及其與列控中心外部通信設(shè)備仿真在PC機(jī)上的對(duì)接；

3）系統(tǒng)配置部署的實(shí)現(xiàn)。

各階段的研究成果在相應(yīng)時(shí)期都能極大促進(jìn)了列控中心產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

3.1 主機(jī)單元外部設(shè)備仿真器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

列控中心主機(jī)單元的外部設(shè)備包含柜內(nèi)通信接口單元設(shè)備及外部通信設(shè)備。依據(jù)列控中心對(duì)外通信接口規(guī)范及內(nèi)部總線通信協(xié)議，將主機(jī)單元以外的所有通信接口單元及與該通信接口單元相關(guān)的外部通信設(shè)備用PC環(huán)境替代，通過PC及安裝于其上的數(shù)據(jù)通信采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備仿真與主機(jī)單元的數(shù)據(jù)交互。仿真器主要包含如下。

1）軌道電路移頻柜功能邏輯仿真及C I-TC2通信接口單元仿真實(shí)現(xiàn)列控中心與軌道電路之間編碼信息的實(shí)施下發(fā)及列車軌道狀態(tài)的實(shí)施采集。

2）LEU應(yīng)答器功能邏輯仿真及C I-T IU通信接口單元仿真實(shí)現(xiàn)列控中心到應(yīng)答器報(bào)文信息的實(shí)時(shí)顯示。

3）CTC設(shè)備邏輯仿真及CI-GS通信接口單元仿真實(shí)現(xiàn)列控中心與CTC設(shè)備間的信息交互。

4）繼電電路邏輯仿真及P IO驅(qū)采單元仿真實(shí)現(xiàn)列控中心與繼電電路之間的驅(qū)動(dòng)控制及采集獲取。

5）計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖功能邏輯仿真，臨時(shí)限速服務(wù)器功能仿真和鄰站列控中心功能仿真及站間通信接口仿真實(shí)現(xiàn)了列控中心與外部網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互。

仿真器軟件依照相應(yīng)的使用需求及操作需求進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)和劃分，如圖2所示。

站場(chǎng)U I是TCCT的對(duì)外操作接口。通過在U I與仿真層之間定義仿真設(shè)備的控制命令，仿真器可根據(jù)U I下發(fā)的操作指令，進(jìn)行設(shè)備信息修改，并將修改之后的信息實(shí)時(shí)發(fā)送至列控中心，完成一個(gè)測(cè)試條件的設(shè)置，如在U I辦理一條列車進(jìn)路，通過TCP端口下發(fā)U I指令，最終由計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真器將辦理成功的進(jìn)路信息實(shí)時(shí)發(fā)送至列控中心；通過在仿真層與U I之間定義仿真設(shè)備狀態(tài)信息的反饋命令，U I可周期接收仿真器上傳的站場(chǎng)狀態(tài)信息并顯示，站場(chǎng)狀態(tài)信息即列控中心的運(yùn)行狀態(tài)信息反饋，可按照信號(hào)設(shè)備劃分為：如軌道區(qū)段的編碼信息、應(yīng)答器報(bào)文信息、信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈信息、區(qū)間方向信息以及繼電器驅(qū)動(dòng)狀態(tài)等。U I與仿真器之間的命令及狀態(tài)交互示意如圖3所示。

同時(shí)，仿真器U I與仿真設(shè)備之間的控制協(xié)議也是自動(dòng)化測(cè)試引擎腳本指令的研發(fā)依據(jù)。

設(shè)備仿真層實(shí)現(xiàn)列控中心外部通信設(shè)備邏輯功能以及通信接口單元功能仿真，為使TCCT提供盡可能多而靈活的操作指令，仿真器的邏輯設(shè)定為：在實(shí)現(xiàn)真實(shí)設(shè)備工作邏輯的基礎(chǔ)上，可按照用戶自定義需求進(jìn)行異常測(cè)試條件的設(shè)置，如計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖模擬可提供人工鎖閉和解鎖命令，并制造如下測(cè)試條件，當(dāng)列車正常占?jí)呵胺杰壍绤^(qū)段，出清后方軌道區(qū)段時(shí)，后方軌道區(qū)段持續(xù)發(fā)送后方軌道區(qū)段鎖閉至列控中心，直到人工設(shè)置該軌道區(qū)段解鎖為止。

由于列控中心現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試需利用臨時(shí)限速服務(wù)器仿真以及鄰站列控中心仿真進(jìn)行列控中心初始化以及臨時(shí)的站間改方操作，為便于上述功能模塊在現(xiàn)場(chǎng)的安裝使用，臨時(shí)限速服務(wù)器仿真及鄰站列控中心仿真使用單獨(dú)進(jìn)程，并提供專項(xiàng)U I，以便其脫離系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。

各仿真器通過相應(yīng)的通信接口設(shè)備（如CAN卡，IN IO2卡或以太網(wǎng)接口）與列控中心主機(jī)單元進(jìn)行周期數(shù)據(jù)交互。

外部設(shè)備仿真在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)列控中心主機(jī)單元的外圍接口環(huán)境模擬，使得搭建一個(gè)列控中心集成測(cè)試環(huán)境時(shí)，僅需一臺(tái)列控中心的主機(jī)單元，一臺(tái)PC，相應(yīng)的CAN采集卡，IN IO2卡以及以太網(wǎng)接口。需特別說明，這里只需要一個(gè)以太網(wǎng)接口，通過實(shí)現(xiàn)IP地址在網(wǎng)卡的自動(dòng)添加，在一個(gè)以太網(wǎng)同時(shí)設(shè)置計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，臨時(shí)限速服務(wù)器以及多個(gè)站間列控中心的IP地址。

3.2 主機(jī)單元仿真器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

通過外部設(shè)備仿真可極大簡(jiǎn)化列控中心應(yīng)用軟件的測(cè)試環(huán)境搭建過程，但是，被測(cè)應(yīng)用軟件仍需運(yùn)行于主機(jī)單元，對(duì)于軟件開發(fā)人員在開發(fā)過程的調(diào)試以及開發(fā)測(cè)試人員進(jìn)行類似代碼走查性質(zhì)的軟件測(cè)試過程，其軟件代碼的運(yùn)行狀態(tài)仍不可見，且集成測(cè)試的效率也仍然受限于主機(jī)單元的數(shù)量，無(wú)法進(jìn)行大面積的數(shù)據(jù)測(cè)試及回歸測(cè)試。所以，在外部設(shè)備仿真開發(fā)完成的條件下，還需要進(jìn)一步將主機(jī)單元的運(yùn)行過程移植到PC。

列控中心主機(jī)單元設(shè)備仿真包含列控中心系統(tǒng)接口仿真器及列控中心應(yīng)用軟件仿真兩部分，通過外殼程序?qū)崿F(xiàn)仿真交互過程的調(diào)度。其中，列控中心應(yīng)用軟件仿真使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)形式封裝。主機(jī)單元仿真器的開發(fā)基于虛擬內(nèi)存技術(shù)，在W in d ow s進(jìn)程尋址空間內(nèi)開辟一塊足夠大的內(nèi)存區(qū)，根據(jù)列控中心目標(biāo)平臺(tái)的系統(tǒng)內(nèi)存分配規(guī)則，劃分并規(guī)定應(yīng)用軟件與系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互內(nèi)存區(qū)。列控中心系統(tǒng)接口仿真器依靠?jī)?nèi)部動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)緩存實(shí)時(shí)與外部設(shè)備仿真器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并由外殼程序周期實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)緩存與虛擬內(nèi)存區(qū)的數(shù)據(jù)交互。在列控中心應(yīng)用軟件內(nèi)使用可編譯宏對(duì)應(yīng)用軟件訪問系統(tǒng)層的基地址進(jìn)行重新定義，通過最小且最直觀的修改，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件對(duì)系統(tǒng)層數(shù)據(jù)的讀寫操作仿真，并向外殼程序提供應(yīng)用軟件主函數(shù)A PI，由外殼程序周期實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件仿真與虛擬內(nèi)存數(shù)據(jù)的交互，從而實(shí)現(xiàn)列控中心主機(jī)單元仿真器的開發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

由圖4可以看出，為實(shí)現(xiàn)主機(jī)單元仿真器與外部設(shè)備仿真器的連接仿真，且不更改外部設(shè)備仿真器的通信調(diào)用接口，還需實(shí)現(xiàn)主機(jī)單元仿真與外部設(shè)備仿真之間的通信接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)仿真，即CAN卡設(shè)備，IN IO2卡設(shè)備以及以太網(wǎng)通信接口的驅(qū)動(dòng)仿真。依照接口形式不變的原則，提供與真實(shí)驅(qū)動(dòng)完全相同的驅(qū)動(dòng)仿真，替換外部設(shè)備仿真的接口驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)仿真條件下外部設(shè)備仿真與主機(jī)單元設(shè)備仿真的實(shí)時(shí)交互。至此，TCCT研究基本完成，總體結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

3.3 系統(tǒng)配置部署

由于TCCT的仿真器模塊較多，且兼容各條客運(yùn)專線的接口規(guī)范及多種目標(biāo)平臺(tái)，必然要借助復(fù)雜的配置進(jìn)行運(yùn)行模式及適配規(guī)范的切換及配置。為簡(jiǎn)化該過程的操作步驟，提高測(cè)試環(huán)境的搭建效率，提高模塊之間的集成性，需開發(fā)系統(tǒng)部署工具，使用戶通過統(tǒng)一的控制面板完成被測(cè)工程線路及車站的配置數(shù)據(jù)加載，通信協(xié)議確認(rèn)以及相關(guān)仿真器模塊的部署，整個(gè)過程做到一鍵式操作，系統(tǒng)部署示意如圖6所示。

系統(tǒng)部署功能使得T C C T的整體性得到進(jìn)一步提高，對(duì)于系統(tǒng)的產(chǎn)品化也有很好的推動(dòng)作用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用舉例

1）集成測(cè)試過程，搭建一個(gè)三站（A、B、C）兩區(qū)間的測(cè)試環(huán)境，其左右鄰站列控中心D站和E站列控中心使用列控中心主機(jī)單元仿真器替代，其余鄰站列控中心依靠啟動(dòng)TCCT內(nèi)的鄰站列控中心仿真替代，外部設(shè)備如計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，臨時(shí)限速服務(wù)器全部使用外部設(shè)備仿真器替代，如圖7所示。

2）列控中心應(yīng)用軟件開發(fā)調(diào)試過程，進(jìn)行樞紐站A與樞紐站B站間代傳信息測(cè)試，使用配置部署工具，在PC上將A站及B站的設(shè)備仿真啟動(dòng)完畢，使用IDE工具調(diào)試模式啟動(dòng)A站或B站（根據(jù)調(diào)試需求）列控中心應(yīng)用軟件，進(jìn)行軟件調(diào)試及測(cè)試，如圖8所示。

5 結(jié)論

由于TCCT成功將列控中心的測(cè)試環(huán)境完全移植到PC，使得列控中心測(cè)試環(huán)境的搭建不再受限于系統(tǒng)目標(biāo)平臺(tái)的數(shù)量，且搭建方式更為簡(jiǎn)便快捷，應(yīng)用軟件的開發(fā)調(diào)試過程也具備普通應(yīng)用軟件的單步調(diào)試功能。由于兼容各種接口規(guī)范及目標(biāo)平臺(tái)，使得在列控中心功能日趨完善，測(cè)試需求日益多樣化的情況下，TCCT仍然完整支撐整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的測(cè)試。

TCCT從武廣線開始逐步投入使用，現(xiàn)已成功支撐滬寧，滬杭，海南東環(huán)，廣深港，廣珠，京滬，哈大等工程線路的列控中心開發(fā)及測(cè)試，由于產(chǎn)品預(yù)留了自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的開發(fā)接口，隨著功能的進(jìn)一步完善，基于該套系統(tǒng)的列控中心自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)也將在測(cè)試過程中逐步發(fā)揮更大的作用。

[1]科技運(yùn)[2010] 138號(hào) 客運(yùn)專線列控中心技術(shù)規(guī)范[S].