吳 超 石琦玉 張 寧 何鐵軍

(1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運營分公司,215006,蘇州; 2.東南大學(xué)智能運輸系統(tǒng)研究中心,210018,南京//第一作者,工程師)

城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)專用讀寫器測試平臺*

吳 超1石琦玉2張 寧2何鐵軍2

(1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運營分公司,215006,蘇州; 2.東南大學(xué)智能運輸系統(tǒng)研究中心,210018,南京//第一作者,工程師)

為提高城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)專用讀寫器性能的安全可靠性及其工作穩(wěn)定性,分析了讀寫器測試的主要內(nèi)容,描述了測試平臺的硬件結(jié)構(gòu)。詳細(xì)論述了開發(fā)研究測試軟件的主要模塊,并重點研究分析測試軟件的接口函數(shù)。介紹了研發(fā)出的具有圖形用戶操作界面的測試軟件。經(jīng)測試,該軟件指令豐富,能夠滿足對讀寫器的各項測試要求。

城市軌道交通; 自動售檢票; 讀寫器; 測試

城市軌道交通自動售檢票(AFC)系統(tǒng)是基于計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)和自動控制等技術(shù),實現(xiàn)軌道交通售票、檢票、計費、收費、統(tǒng)計、清分和管理等全過程的自動化系統(tǒng)[1]。自動售檢票系統(tǒng)的整體架構(gòu)包括車票、車站終端設(shè)備、車站計算機系統(tǒng)、線路中央計算機系統(tǒng)和清分系統(tǒng)[2]。其中，與乘客直接接觸,同時使用頻率最高的是車票與車站終端設(shè)備。車站終端設(shè)備主要包括自動售票機、自動加值機、半自動售票機與檢票閘機等。這些設(shè)備的核心功能部件就是讀寫器。由于讀寫器的使用頻率很高,在軌道交通車站客流較大的情況下,如果讀寫器工作性能不佳,將影響車站的客流集散,降低軌道交通的服務(wù)水平,從而造成客流短暫滯留,影響軌道交通的服務(wù)形象。因此,在讀寫器投入使用前對其進(jìn)行相應(yīng)的測試是十分必要的。

由于城市軌道交通AFC系統(tǒng)專用讀寫器的性能及功能要求取決于軌道交通的運營特性,故測試系統(tǒng)需根據(jù)測試內(nèi)容對應(yīng)用軟件部分進(jìn)行專門開發(fā)研究。若要能直觀分析專用讀寫器的測試數(shù)據(jù),降低測試操作的難度,則測試軟件應(yīng)具有友好的圖形交互界面。開發(fā)專用讀寫器測試平臺首先需分析待測讀寫器的各項測試內(nèi)容。

1 讀寫器的測試內(nèi)容分析

讀寫器測試平臺的主要功能是實現(xiàn)AFC系統(tǒng)專用讀寫器的功能、性能、交易流程、通信協(xié)議和接口兼容性等方面的測試[3]。測試內(nèi)容主要分為硬件測試與軟件測試。硬件測試包括系統(tǒng)上電測試、電源適應(yīng)性測試、電源紋波、電壓反接保護(hù)、SD(安全數(shù)字)卡可寫分區(qū)文件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、FeRAM(鐵電隨機存取存儲器)讀寫速度、FeRAM數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、看門狗、數(shù)據(jù)串口、SAM(安全存取模組)卡相關(guān)性能、射頻電路讀寫距離、長時讀寫以及讀寫器交易時長等一系列測試。

除此之外,讀寫器的硬件還需要完成讀寫器場強、電磁兼容性，讀寫器輻射、靜電、磁場抗擾度,電壓暫降、浪涌抗擾度和連續(xù)波輻射、傳道騷擾抗擾度等電子屬性測試，以及讀寫器工作溫度和濕度、抗沖擊強度、抗振動強度、抗碰撞強度等機械屬性測試。AFC系統(tǒng)專用讀寫器的屬性需滿足集成電路卡讀寫器及信息技術(shù)設(shè)備等相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。因此AFC系統(tǒng)專用讀寫器硬件方面的專業(yè)性測試將由專門的測試機構(gòu)來完成。

軟件測試主要是對讀寫器軟件的功能、正確性、可靠性，以及不同讀寫器平臺的兼容性等方面進(jìn)行測試[4]。主要測試內(nèi)容如下:

(1) 基本功能測試包括尋卡測試、SAM卡測試、UL(保險商試驗所)卡讀寫測試、CPU(中央處理器)卡指令測試、鐵電存儲器讀寫測試、FLASH(閃存)讀寫測試。

(2) 通信接口測試包括通信協(xié)議測試、多幀通信測試。測試軟件除測試正常接口協(xié)議以外,還將模擬各種故障數(shù)據(jù)來對通信接口進(jìn)行覆蓋性測試,以確保通信接口的可靠性。

(3) 票卡流程測試包括基本命令流程測試、單程票流程測試、儲值票流程測試及其它類型票卡流程測試。測試軟件除測試正常的交易流程外,還將模擬各種類型的票卡情況對票卡處理流程進(jìn)行覆蓋性測試,以確保處理流程的可靠性。

(4) 文件傳輸測試包括操作系統(tǒng)啟動測試、EOD(設(shè)備運行參數(shù))和TP(讀寫器票卡業(yè)務(wù)處理流程)的傳輸及激活測試等。測試軟件除測試正常的文件傳輸外,還將模擬各種異常情況對接口進(jìn)行覆蓋性測試,以確保文件傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(5) 異常測試，包括防沖突測試等。

除此以外,新的讀寫器進(jìn)入城市軌道交通AFC系統(tǒng)時,還需對該讀寫器進(jìn)行兼容性測試,并通過加載測試程序,檢查新讀寫器的函數(shù)封裝、功能以及性能是否滿足要求。接口兼容性測試內(nèi)容主要包括SAM卡操作函數(shù)、非易失性RAM(隨機存取存儲器)操作函數(shù)及看門狗函數(shù)等。

總的來說,軟件測試的內(nèi)容較多。應(yīng)用程序方面,主要需要完成與票卡讀寫業(yè)務(wù)相關(guān)的各類功能性測試,以此來保證讀寫器能夠完成所有票卡讀寫的業(yè)務(wù)功能;系統(tǒng)程序方面,需要完成重要硬件驅(qū)動以及各類接口的相關(guān)測試,以此來確保讀寫器平臺的穩(wěn)定可靠,進(jìn)而實現(xiàn)讀寫器的各項業(yè)務(wù)功能。

2 讀寫器測試平臺硬件搭建

讀寫器測試平臺硬件由測試用的工作站、筆記本電腦、測試軟件、測試車票、讀寫器及其配件、測試工具等組成[5]。測試平臺的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 讀寫器測試平臺硬件結(jié)構(gòu)圖

讀寫器測試平臺工作站選用的計算機要求使用主頻至少為3.4 GHz的4核處理器,硬盤容量至少為500 GB,其端口豐富,操作系統(tǒng)為Window 7。

測試用筆記本電腦要求操作系統(tǒng)為Windows7,端口豐富,其處理器性能較優(yōu)越,內(nèi)存至少4 GB,硬盤容量不小于500 G。

讀寫器留有1個專門用作調(diào)試的串口,工作站及筆記本電腦都通過該串口與讀寫器連接以獲取讀寫器的相關(guān)信息。

3 讀寫器測試軟件的開發(fā)

讀寫器的測試不僅需要硬件的支持,還需要測試軟件的支持。測試平臺中讀寫器與測試工作站等的連接是通過自身預(yù)留串口來實現(xiàn)的,但是讀寫器采用的是嵌入式Linux系統(tǒng),而測試工作站等安裝的是Windows 7操作系統(tǒng)。因此需要一種可以跨平臺的開發(fā)環(huán)境對測試軟件進(jìn)行開發(fā)。Qt是一種可以實現(xiàn)圖形用戶界面操作，并能進(jìn)行跨平臺編譯的開發(fā)工具,可以滿足讀寫器測試軟件的開發(fā)要求。

3.1 Qt概述

Qt是一個跨平臺C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，不僅可以用于非圖形用戶界面的程序開發(fā),還可以用于圖形用戶界面的開發(fā)；其圖形用戶界面開發(fā)滿足對AFC系統(tǒng)專用讀寫器測試過程中的直觀要求,能使測試操作方便有效地進(jìn)行,基本無需對測試人員進(jìn)行培訓(xùn)。Qt是面向?qū)ο蟮目蚣?可使用特殊的代碼生成擴展及宏,易于擴展,并且允許真正意義上的組件編程[6]。

Qt支持大多數(shù)操作系統(tǒng)(包括Windows7和Linux)。所有在Qt環(huán)境下開發(fā)的測試軟件都能夠滿足跨平臺的要求。這也是Qt的主要優(yōu)勢之一。由于Qt是面向?qū)ο蟮目蚣?良好封裝機制使得其模塊化程度非常高,可重用性較好。這對于用戶開發(fā)來說非常方便。Qt提供了一種稱為信號和槽(signals/slots)的安全類型來替代回調(diào)函數(shù)。這使得各個元件之間的協(xié)同工作變得十分簡單[7]。其中，信號是在類定義中給出的類似于void函數(shù)聲明的一種消息,有參數(shù)列表卻沒有函數(shù)體,是一個類的接口的一部分。信號看起來像函數(shù),但不采用調(diào)用方式,而被此類的對象反射。槽通常是一個void成員函數(shù),可以像普通的成員函數(shù)一樣進(jìn)行調(diào)用,或者可以由其他系統(tǒng)進(jìn)行間接調(diào)用。一個對象的信號可以與一個或者多個對象的槽相連接。連接前提是這些對象存在并且參數(shù)列表從信號到槽都是賦值兼容的。任何擁有信號的對象都可以發(fā)射出相應(yīng)的信號。這就會引起對全部連接的槽的間接調(diào)用。類似于函數(shù)調(diào)用,在發(fā)射語句中傳遞的參數(shù)可以在槽函數(shù)內(nèi)通過參數(shù)進(jìn)行訪問。參數(shù)列表就是從一個對象向另一個對象傳遞信息的方式。

Qt的信號和槽機制是Qt的核心機制,是一種高級接口,應(yīng)用于對象之間的通信[8]。某個對象的信號和另外一個對象的槽之間的相互關(guān)聯(lián)是通過調(diào)用對象的connect函數(shù)來實現(xiàn)的。圖形用戶界面的開發(fā)都是面向?qū)ο蟮?所以信號和槽的這種特性使得Qt對讀寫器測試的軟件開發(fā)極為方便。

3.2 測試軟件開發(fā)

讀寫器測試軟件是在Qt跨平臺環(huán)境下,運用Qt支持的匯編語言C進(jìn)行開發(fā)?，F(xiàn)結(jié)合測試內(nèi)容對測試軟件的接口函數(shù)進(jìn)行重點分析研究。其余部分的開發(fā)與其他應(yīng)用類軟件相似,其開發(fā)技術(shù)十分成熟。讀寫器測試軟件包括5個模塊，構(gòu)架如圖2所示。

圖2 讀寫器測試平臺軟件架構(gòu)

3.2.1 指令發(fā)生模塊

指令發(fā)送模塊包含生成指令及上位機模擬2部分。首先，生成指令,其接口函數(shù)為generate-Instruction();然后，設(shè)置模擬的上位機模式(主要有AGM(閘機)模式、TVM(自動售票機)模式和BOM(半自動售票機)模式等)。這些模式應(yīng)用在如自動充值、自動售票及進(jìn)站檢票等不同的情況,其接口函數(shù)為setMode()。

讀寫器測試模式設(shè)置完成之后開始進(jìn)行測試。具體流程是先啟動測試,再下載測試,最后激活測試。與其相關(guān)的測試接口函數(shù)見表1。

表1 測試流程相關(guān)函數(shù)

3.2.2 交互數(shù)據(jù)分析模塊

測試平臺對讀寫器通信協(xié)議的測試主要依靠監(jiān)聽讀寫器與上位機通信數(shù)據(jù)幀來實現(xiàn)。先將監(jiān)聽到的通信數(shù)據(jù)幀解析并展示在模塊顯示界面上,再檢測通信數(shù)據(jù)的正確性,以及輔助分析交互數(shù)據(jù)。此外，交互數(shù)據(jù)分析模塊還支持多幀通信測試。

交互數(shù)據(jù)分析模塊的主要內(nèi)容包括解析指令幀、解析響應(yīng)幀、判斷幀數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容的正確性，以及顯示數(shù)據(jù)幀。此模塊具體函數(shù)見表2。

表2 交互數(shù)據(jù)分析模塊相關(guān)函數(shù)

3.2.3 讀寫器的性能分析模塊

讀寫器處理性能主要包括處理器性能、讀寫距離、RFID(射頻識別)天線響應(yīng)性能等。該模塊可以記錄讀寫器測試過程中的整體響應(yīng)時間,并將其直接顯示出來。通過分析讀寫器響應(yīng)時間的測試數(shù)據(jù)，可以評估讀寫器處理器的性能和射頻天線的響應(yīng)性能。讀寫器工作范圍或者其讀寫距離的測試可以通過機械裝置改變票卡與讀寫器的距離來完成。該模塊的測試能夠一定程度地反應(yīng)讀寫器的硬件性能。

3.2.4 日志讀取和分析模塊

讀寫器在交易運行過程中,將日志信息存在數(shù)據(jù)庫中。日志信息是反映讀寫器工作情況及故障原因的主要形式。為及時了解讀寫器運行狀況,可通過該模塊讀取讀寫器上的日志信息。該模塊分析所讀取的日志并將其顯示在測試平臺的界面上。該模塊除了具有檢查讀寫器操作日志及交易記錄的功能,還具有提示異常交易及缺失流水號交易的功能。

此模塊具體函數(shù)見表3。

表3 日志讀取和分析模塊相關(guān)函數(shù)

3.2.5 接口模擬測試模塊

與其他模塊不同，接口測試模塊置身于讀寫器程序中,通過由測試專用指令與之進(jìn)行交互來實現(xiàn)自身功能。該模塊的功能主要是測試讀寫器的底層函數(shù)的兼容性。主要測試內(nèi)容包括尋卡測試、SAM卡測試、UL卡讀寫測試、CPU卡指令測試、鐵電存儲器讀寫測試及FLASH讀寫測試等。此模塊相關(guān)函數(shù)見表4。

表4 接口模擬測試模塊相關(guān)函數(shù)

3.2.6 用戶操作界面

根據(jù)上述模塊及測試內(nèi)容,開發(fā)出AFC系統(tǒng)專用讀寫器測試平臺，其圖形用戶操作界面如圖3所示。該測試平臺軟件功能齊全。其中讀寫器的主要測試指令如圖4所示。

4 結(jié)語

通過對AFC系統(tǒng)專用讀寫器測試內(nèi)容的分析研究,采用跨平臺的開發(fā)框架Qt來完成測試平臺軟件的開發(fā),進(jìn)而實現(xiàn)測試平臺的圖形化操作。在完成測試平臺硬件搭建的基礎(chǔ)上根據(jù)測試平臺的圖形用戶操作指令能順利完成對AFC專用讀寫器的各項測試。這表明測試平臺可以滿足對專用讀寫器的各項測試要求,從而能夠保證讀寫器運行的正確性、可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

圖3 測試軟件的圖形用戶操作界面

圖4 測試軟件中讀寫器的指令集

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Test Platform of AFC System Reader for Urban Rail Transit

WU Chao,SHI Qiyu,ZHANG Ning,HE Tiejun

In order to improve the security, reliability and operational stability of AFC dedicated reader for urban rail transit, the main content of AFC readeris analyzed, the hardware structure of the test platform fis described Then, thedevelopment of main software modules of the testing software is introduced by focusing on an analysis of the interface function testing software. Finally, the testing software with a graphical user interface is developed, it instruction has rich content and could meet various functional requiremens for the AFC reader.

urban rail transit; automatic face collection(AFC); reader; test

Suzhou Railway Operation Co.Ltd.,215006,Suzhou,China

*蘇州市軌道交通專項研究項目(szgdky2013002);蘇州市科技發(fā)展計劃(重點產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新)項目(SGC201502)

U 293.22

10.16037/j.1007-869x.2017.03.031

2015-04-28)