宋志丹 易海旺 鄭一祥 汪 洋

列控車載設(shè)備自動測試系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

宋志丹 易海旺 鄭一祥 汪 洋

摘 要：針對列控車載設(shè)備的檢測維修保障的迫切需求，基于VXI總線技術(shù)設(shè)計列控車載設(shè)備自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及軟硬件，集成多種儀器儀表，整合實驗室測試設(shè)備，建立一個自動測試軟件開發(fā)平臺，完成對多類型被測對象的測試、分析與診斷，實現(xiàn)車載設(shè)備板卡自動化功能、性能和集成測試。

關(guān)鍵詞：列控車載設(shè)備;VXI總線;自動測試系統(tǒng)

宋志丹：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 科研與安全管理部 助理研究員

易海旺：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 列車運(yùn)行自動控制事業(yè)部 助理研究員

鄭一祥：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 列車運(yùn)行自動控制事業(yè)部 副研究員

汪 洋：中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所 列車運(yùn)行自動控制事業(yè)部 助理研究員

列控車載設(shè)備是保證列車運(yùn)行安全、提高運(yùn)輸效率的重要裝備，其關(guān)鍵模塊需滿足SIL4級的要求。針對車載設(shè)備測試方法單一、診斷效率低、故障隔離率低、工作量大、測試誤差大、工裝多且雜等缺點，利用計算機(jī)技術(shù)，集成儀器儀表開發(fā)自動測試平臺實現(xiàn)設(shè)備流程化、批量化、高精度測試。自動測試軟件平臺的趨勢是通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，使用現(xiàn)代軟件平臺構(gòu)建的測試系統(tǒng)具有模塊化、層次化和易升級的特點，可以靈活配置測試資源，進(jìn)行系統(tǒng)功能重構(gòu)，實現(xiàn)不同被測對象的測試需求。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動測試系統(tǒng) (ATS)是指采用計算機(jī)控制能實現(xiàn)自動測試的系統(tǒng)，也就是對那些能自動完成激勵、測量、數(shù)據(jù)處理并顯示或輸出結(jié)果的一類系統(tǒng)的統(tǒng)稱，其核心技術(shù)是對系統(tǒng)中可程控設(shè)備的控制。

測試系統(tǒng)軟件平臺是與被測對象及其測試設(shè)備密切相關(guān)的軟件體系，軟件平臺由測試程序集(TPS)、TPS開發(fā)工具和測試資源庫三部分組成。圖1為針對測試需求而設(shè)計的系統(tǒng)軟件功能模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)工作流程

在測試過程中，操作人員通過人機(jī)交互界面可打開軟件的各個功能面板，可進(jìn)行設(shè)備的管理、測試流程邏輯與參數(shù)配置的管理等操作。開發(fā)測試任務(wù)時，根據(jù)需要啟動“測試任務(wù)編輯模塊”，編輯制定測試有關(guān)的型號、階段、配置、項目信息，然后選定本次測試任務(wù)的硬件設(shè)備，使設(shè)備與任務(wù)綁定，并對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行配置。測試信息配置完成后，保存到本地數(shù)據(jù)庫的配置庫中。測試信息任務(wù)編輯后，啟動測試執(zhí)行控制模塊，開始測試執(zhí)行任務(wù)。該模塊啟動后，可以加載已建立的測試任務(wù)，解析其中的測試信息，將有效指令傳輸給測試執(zhí)行驅(qū)動引擎，該引擎根據(jù)測試樹和各項測試信息來驅(qū)動硬件動作，實現(xiàn)測試工作，并同步的將測試結(jié)果顯示出來，測試工作完成后將結(jié)果保存到本地數(shù)據(jù)庫的結(jié)果庫中。系統(tǒng)測試工作流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計及接口

3.1 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊是測試系統(tǒng)硬件設(shè)備設(shè)置管理的操作接口，可對車載設(shè)備測試系統(tǒng)的硬件資源進(jìn)行集中管理，其輸入主要是設(shè)備管理配置信息，輸出為設(shè)備設(shè)置信息及設(shè)備的自檢情況信息。該模塊的主要外部接口是硬件驅(qū)動接口及數(shù)據(jù)庫接口。設(shè)備管理工作分為設(shè)備管理和系統(tǒng)自檢2個部分。

3.2 TPS開發(fā)平臺

測試流程邏輯與參數(shù)配置模塊是測量系統(tǒng)軟件的設(shè)計操作入口，可對各種型號、各類測試任務(wù)進(jìn)行配置和編輯，該軟件的輸入信息是測試任務(wù)信息，輸出內(nèi)容為可指導(dǎo)測試執(zhí)行軟件模塊工作的配置信息。用戶根據(jù)列車系統(tǒng)車載設(shè)備測試案例要求，可預(yù)先配置好對應(yīng)各種型號及擬定環(huán)境的測試任務(wù)。執(zhí)行特定測試時，只要將其對應(yīng)的測試任務(wù)加載到系統(tǒng)即可迅速啟動測試。

3.3 測試執(zhí)行模塊

測試執(zhí)行軟件是測量系統(tǒng)軟件的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其輸入信息主要來自“測試流程邏輯與參數(shù)配置模塊”的測試信息，輸出信息為測試結(jié)果或過程提示信息等內(nèi)容。該軟件外部接口主要有數(shù)據(jù)庫接口、硬件驅(qū)動接口和網(wǎng)絡(luò)接口。

按照模塊化的設(shè)計思路，將測試執(zhí)行控制邏輯與測試執(zhí)行指令分離開，控制程序分為執(zhí)行控制模塊和執(zhí)行驅(qū)動引擎，將測試控制過程設(shè)計成一個“執(zhí)行控制模塊”調(diào)用“執(zhí)行驅(qū)動引擎”，以及遠(yuǎn)程調(diào)用“通信協(xié)議解析模塊”控制調(diào)度“執(zhí)行驅(qū)動引擎”的雙路工作模式。

測試執(zhí)行模塊的功能邏輯如圖3所示。

3.4 數(shù)據(jù)管理與報表生成模塊

圖2 系統(tǒng)測試工作流程

圖3 測試執(zhí)行模塊功能邏輯圖

數(shù)據(jù)管理與報表生成模塊是測試系統(tǒng)的主要信息管理接口，可對測試系統(tǒng)的測試信息、測試結(jié)果集中進(jìn)行管理，管理對象主要是本地數(shù)據(jù)庫。另外，列控系統(tǒng)車載設(shè)備被測單元的測試結(jié)果評判標(biāo)準(zhǔn)存儲在本地數(shù)據(jù)庫，報表生成模塊依據(jù)預(yù)先存儲數(shù)據(jù)執(zhí)行測試結(jié)果的自動統(tǒng)計分析。測試結(jié)果以報表形式輸出。

另外，數(shù)據(jù)管理操作也可以獨立于報表生成而單獨進(jìn)行，用于日常維護(hù)分析。根據(jù)具體應(yīng)用條件和需求，將模塊設(shè)計成數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)處理和報表生成3個子功能單元。

3.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案

本地數(shù)據(jù)庫存儲本地測試任務(wù)信息、資源信息及測試結(jié)果等內(nèi)容，在設(shè)計時針對每種需求信息分類，設(shè)計成以下3個單獨數(shù)據(jù)庫：

1．測試任務(wù)庫：保存有關(guān)測試型號、測試階段、測試配置、測試項目的所有信息，包括ID、名稱、在測試樹中的位置、相關(guān)儀器的配置信息、開關(guān)動作、被測信號的理論范圍和類型等，該庫是進(jìn)行測試執(zhí)行的基礎(chǔ)。

2．設(shè)備配置庫：保存系統(tǒng)的硬件描述信息，是設(shè)備管理操作及測試執(zhí)行過程需要調(diào)用的信息。

3．測試結(jié)果庫：保存每一次測試任務(wù)的執(zhí)行信息和相應(yīng)的結(jié)果信息，包括任務(wù)ID、相應(yīng)的執(zhí)行ID、操作員信息、測試目標(biāo)信息、測試時間及結(jié)果數(shù)據(jù)的相應(yīng)的路徑等。結(jié)果庫中保存了測試數(shù)據(jù)文件的路徑，包括配置文件和波形文件。每個配置文件對應(yīng)一個完整的測試任務(wù)，保存此測試任務(wù)的所有信息。而波形文件存放進(jìn)行波形測量的測試項目的波形數(shù)據(jù)。

4 測試

根據(jù)系統(tǒng)軟件測試計劃，對自主研發(fā)的列控系統(tǒng)車載設(shè)備樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)功能和性能測試，測試內(nèi)容包括軌道電路信息接收 (CFSK)模塊、測速測距 (CODO)模塊、車載應(yīng)答器傳輸模塊 (BTM)、列控接口模塊，以及列控系統(tǒng)車載設(shè)備整機(jī)功能和性能。將待測產(chǎn)品與系統(tǒng)適配器連接，上電并啟動測試系統(tǒng)軟件，待系統(tǒng)自檢通過后，根據(jù)測試案例，編制測試任務(wù)，進(jìn)行產(chǎn)品檢測和診斷分析。

功能測試：每一次測試任務(wù)執(zhí)行后，彈出檢測結(jié)果;如出現(xiàn)異常，生成聲音報警提示;30s內(nèi)無暫停測試時繼續(xù)執(zhí)行，如有暫停測試進(jìn)行“故障診斷”;結(jié)束暫停后，繼續(xù)測試任務(wù)運(yùn)行，直到功能測試任務(wù)結(jié)束。測試任務(wù)結(jié)束后，提供測試統(tǒng)計分析報告。

性能測試：對于列車系統(tǒng)車載設(shè)備性能檢測有多項指標(biāo)，依據(jù)列控系統(tǒng)車載設(shè)備性能指標(biāo)，如軌道電路靈敏度、速度信號脈沖頻率、應(yīng)答器傳輸頻率及接收比特率，進(jìn)行性能指標(biāo)檢測。測試任務(wù)結(jié)束后，提供測試統(tǒng)計分析報告。

根據(jù)檢測需要，自動測試系統(tǒng)可內(nèi)嵌測試結(jié)果專家系統(tǒng)，對于功能測試和性能檢測過程可能遇到的各種情況，進(jìn)行故障描述及可能出現(xiàn)的故障原因，并提供相應(yīng)的參考維修信息。

測試案例如下所示。

測試步驟：

1.CFSK板上電正常;期望結(jié)果：電源指示燈顯示、無碼顯示都正常。

2.測試平臺TPS開發(fā)，發(fā)生一個FSK信號0Hz碼，幅值為0的信號;期望結(jié)果：CFSK板顯示無碼。

3.運(yùn)行一個自動步進(jìn) (1.4Hz)增加頻率，直到增加到最小低頻值，等待循環(huán)，繼續(xù)運(yùn)行一個自動步進(jìn) (1 mV)增加幅值的測試腳本段，當(dāng)RS-232接收到正常，中斷等待;期望結(jié)果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼的幅值。

4.運(yùn)行一個自動步進(jìn) (1 mV)減少幅值的測試腳本段，當(dāng)RS-232接收到無碼，中斷等待;期望結(jié)果：CFSK板顯示無碼，且測試TPS界面顯示掉碼的幅值。

5.運(yùn)行一個自動步進(jìn) (1.4Hz)增加頻率、幅值為0的測試腳本段，當(dāng)頻率變化到符合ZPW-2000有效頻率值，中斷等待增加頻率;期望結(jié)果：CFSK板顯示無碼，且測試TPS界面顯示掉碼的幅值。

6.重復(fù)運(yùn)行3、4測試腳本段，直到 ZPW-2000所有低頻都測試到有效，中止頻率低頻循環(huán)腳本，進(jìn)入載頻循環(huán)，繼續(xù)重復(fù)運(yùn)行2、3、4、5項測試腳本段;期望結(jié)果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼或掉碼的幅值。

7.上述測試項結(jié)束，進(jìn)入制式改變測試項，進(jìn)入移頻信息測試，重復(fù)2、3、4、5(步進(jìn)為1.4Hz)、6項測試;期望結(jié)果：CFSK板顯示正常碼，且測試TPS界面顯示上碼或掉碼的幅值。

測試結(jié)果：測試結(jié)果正確，并自動生成測試報告 (包括模擬信號、譯碼結(jié)果)。

5 人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面提供各配置文件編輯工具，各功能配置文件操作簡便、配置項管理簡單。軟件各功能監(jiān)視信息全面、詳細(xì)，各功能操作直觀方便，易于使用。

提供軟件的實時在線幫助，幫助信息內(nèi)容全面，涵蓋軟件各功能中所采用的模塊說明、配置描述、操作命令、操作方法說明等詳細(xì)信息。

所有為操作監(jiān)視人員提供的人機(jī)界面均使用圖形界面實現(xiàn)，提供按鈕、菜單等方式完成基本操作;操作命令及參數(shù)有明確的定義，操作次數(shù)合理，有充分的幫助信息可用;提供錯誤檢測和多次確認(rèn)功能防止操作員的誤操作。操作流程界面如圖4、圖5所示。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字電路板、模擬電路板及數(shù)?；旌想娐钒宓臏y試診斷需求，形成了具有圖形化操作環(huán)境、支持?jǐn)U展算法庫特點的電路板故障診斷開發(fā)與運(yùn)行平臺，實現(xiàn)了多種電路板檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等功能。根據(jù)應(yīng)用實例，對列控系統(tǒng)車載設(shè)備進(jìn)行測試需求分析，結(jié)合實驗室測試設(shè)備，搭建自動測試系統(tǒng)，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件、接口進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而對車載設(shè)備關(guān)鍵模塊 CFSK、BTM、測速測距等進(jìn)行測試，實現(xiàn)了模塊批量生產(chǎn)的自動測試應(yīng)用。為批量生產(chǎn)減輕了工作量，大量節(jié)約成本，該產(chǎn)品具有良好的市場前景。

［1］中華人民共和國鐵道部．運(yùn)基信號［2005］224號．既有線CTCS－2級區(qū)段應(yīng)答器報文定義及應(yīng)用規(guī)則［M］．2005．

［2］中華人民共和國鐵道部．科技運(yùn)［2010］136號．CTCS－2級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2．0)［M］．2010．

［3］中華人民共和國鐵道部．科技運(yùn)［2004］14號．CTCS技術(shù)規(guī)范總則(暫行)［M］．2004．

［4］中華人民共和國鐵道部．科技運(yùn)［2008］36號．客運(yùn)專線鐵路信號產(chǎn)品暫行技術(shù)條件－列控系統(tǒng)車載設(shè)備［M］．2008．

［5］范勇，蘭景英，李繪卓．軟件測試技術(shù)［M］．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009．11．

［6］郁蓮．軟件測試方法與實踐［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2008．11．

Abstract:Urgent needs of security for the train control system testing and maintenance to vehicle equipment，the paper describes the system structure of the train control system on-board equipment automated testing system，the main function of software and hardware design，integration of a variety of instrumentation and integration of laboratory testing equipment，based on VXI bus technology;establishes an automatic test software development platform for testing，analysis and diagnostic to multi-object to be measured，completes the testing to automation function，performance and integration for train control system vehicle equipment on board-level．

Key words:Train control system on-board equipment;VXI bus;Automated testing system

鐵科院院基金項目 (1151GC4503)

2013-01-21

(責(zé)任編輯：諸 紅)