任麗霞

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610031）

鐵路運輸是我國重要的旅客和貨物運輸方式之一，車站聯(lián)鎖功能的提升也是現(xiàn)代鐵路運輸?shù)男枰?。計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)[1]是否能夠完成聯(lián)鎖邏輯功能，最重要的工作之一就是對聯(lián)鎖軟件的聯(lián)鎖邏輯運算功能進(jìn)行測試，一方面測試聯(lián)鎖軟件的功能是否滿足軟件的規(guī)格需求說明書并發(fā)現(xiàn)錯誤，另一方面是為了發(fā)現(xiàn)至今為止還沒有被發(fā)現(xiàn)的錯誤。關(guān)于軟件的測試[2]，通常有人工測試和自動測試兩種方式。人工測試需要人為地測試每一條測試用例，其中會涉及到大量重復(fù)的測試動作，耗時耗力，效率低下。而自動測試則用軟件代替了人工測試中重復(fù)的動作，效率得以極大地提高，因此，自動測試已經(jīng)成為現(xiàn)在主流的測試方式。該測試方式屬于功能測試，測試時不需要知道軟件內(nèi)部代碼的具體執(zhí)行情況，因此通常采用軟件測試方法中的黑盒測試方法。本文基于等價類劃分法和故障樹分析法編寫不用覆蓋率的測試用例，用python偽代碼實現(xiàn)了測試用例“進(jìn)路正常選出”。

1 軟件測試

1.1 測試目的

為了驗證一個軟件是否完成了用戶需求的功能，并發(fā)現(xiàn)尚未發(fā)現(xiàn)的錯誤的測試方案，在一個軟件的開發(fā)過程中不可避免地需要對各個開發(fā)階段進(jìn)行不同作用的測試。

具體來說，測試的目的主要有以下3點[1]：

（1）測試是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤而執(zhí)行程序的過程；

（2）好的測試方案是極可能發(fā)現(xiàn)迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯誤的測試方案；

（3）成功的測試是發(fā)現(xiàn)了至今為止尚未發(fā)現(xiàn)的錯誤的測試。

為了盡可能地提高程序的正確性，更好地實現(xiàn)測試的目的，針對不同的實際情況也出現(xiàn)了不同的軟件測試方法。

1.2 測試方法

1.2.1 黑盒測試

黑盒測試也叫做功能測試，關(guān)于這類測試，測試員不需要知道具體的程序代碼，而只需要輸入相關(guān)測試數(shù)據(jù)后收集對應(yīng)的輸出結(jié)果，通過實際輸出結(jié)果與預(yù)期輸出結(jié)果對比一致性來判斷軟件是否完成了某種功能。

黑盒測試主要在測試過程的后期使用，力求發(fā)現(xiàn)白盒測試不易發(fā)現(xiàn)的一些錯誤：功能錯誤、功能遺漏、界面錯誤、外部數(shù)據(jù)庫訪問錯誤或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)錯誤以及性能錯誤等。常見的幾種黑盒測試技術(shù)為：等價劃分法、邊界值分析法、錯誤推測法。

1.2.2 等價類劃分

等價類劃分后的數(shù)據(jù)類又分為有效等價類和無效等價類，即輸入有效和輸入無效的等價類型。等價劃分法是一種黑盒測試技術(shù)，可以類比于數(shù)學(xué)中的合并同類項。

例如：判斷一個程序是否能實現(xiàn)“輸入一個3位正整數(shù)時相應(yīng)的輸出也為一個3位正整數(shù)”功能?？梢园选?[1-9][1-9]”“00[1-9]”“[1-9][1-9][1-9]”分別看作3類數(shù)據(jù)，這時，我們只需要在每一類數(shù)據(jù)中拿出一個數(shù)據(jù)來作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行測試就行了，即這3種類型的數(shù)據(jù)為有效等價類。而“0000”這種格式的數(shù)據(jù)明顯不屬于上述3種類型的數(shù)據(jù)，因此為一種無效等價類。

綜上所述，等價劃分法的重點和難點在于等價類的劃分，即選取出有效的具有代表性的數(shù)據(jù)。

1.2.3 故障樹分析

安全性測試中常用的一種方法就是故障樹分析（FTA，F(xiàn)ault Tree Analysis）。故障樹分析通常分3步進(jìn)行：確定頂事件、建造故障樹、故障樹的定性和定量分析。

1.3 測試步驟

（2）測試軟件的測試用例數(shù)據(jù)庫向計算機(jī)聯(lián)鎖軟件輸入控制命令，計算機(jī)聯(lián)鎖軟件輸出結(jié)果并傳入測試軟件的運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫；測試軟件分析運行結(jié)果是否與期望結(jié)果一致。如果一致，則測試下一個操作命令；如果不一致，則反饋重新生成測試數(shù)據(jù)并測試該操作命令，3次都不一致則重新排入測試命令序列等待測試；

（3）測試軟件最后生成記錄文檔，顯示測試功能的結(jié)果。

2 列車進(jìn)路選出黑盒測試過程與實現(xiàn)

2.1 聯(lián)鎖軟件的測試環(huán)境

聯(lián)鎖軟件的黑盒測試通常在一個測試平臺完成，這個測試平臺由測試軟件、被測聯(lián)鎖軟件以及車站信號設(shè)備仿真系統(tǒng)3部分構(gòu)成，測試框圖[5]，如圖1所示。

圖1 聯(lián)鎖軟件黑盒自動測試框圖

在測試平臺中，自動測試過程如下。

（1）測試軟件發(fā)送“改變狀態(tài)”的命令到車站設(shè)備仿真系統(tǒng)中，通過改變3大信號設(shè)備的狀態(tài)來模擬實際現(xiàn)場可能遇到的各種聯(lián)鎖情況；

（2）仿真系統(tǒng)中各設(shè)備接受命令后改變狀態(tài)，并將改變后的狀態(tài)發(fā)送至聯(lián)鎖軟件和測試軟件；

（3）測試軟件將模擬的操作命令發(fā)送至聯(lián)鎖軟件，聯(lián)鎖軟件根據(jù)操作命令生成驅(qū)動命令；

（4）聯(lián)鎖軟件用驅(qū)動命令來使仿真系統(tǒng)完成模擬操作，同時，聯(lián)鎖軟件將輸出的驅(qū)動命令發(fā)送給測試軟件，測試軟件根據(jù)輸入和輸出判定該操作命令的軟件功能是否完成；

墨西哥民族和文化的本質(zhì)便具有混血性（mestizo）（陶家俊，2003：4）這種混血性的文化身份是帝國主義殖民擴(kuò)張和全球化的產(chǎn)物，體現(xiàn)了現(xiàn)代、后現(xiàn)代時期異質(zhì)文化間的張力。（61）

（5）測試重新開始1的過程，進(jìn)入到下一輪測試。

2.2 測試軟件的構(gòu)成

測試軟件[2]由測試用例數(shù)據(jù)庫、運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫、分析判斷模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊以及設(shè)置設(shè)備狀態(tài)模塊5部分構(gòu)成。

測試開始時，測試用例數(shù)據(jù)庫向聯(lián)鎖軟件發(fā)送模擬操作命令，同時將該條測試用例發(fā)送至運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫中。聯(lián)鎖軟件完成測試功能后輸出驅(qū)動命令后將被記錄在運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫中。此時，分析判斷模塊將對比運行結(jié)果和測試用例中期望的輸出結(jié)果，判斷出該條測試用例的期望結(jié)果和實際結(jié)果是否一致。若一致，則刪除運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫中的該條測試；若不一致，返回到測試開始重新進(jìn)行測試，3次測試仍然不一致后將停止該條測試用例的測試，并將每一次的測試結(jié)果和仿真系統(tǒng)的狀態(tài)信息記錄在運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫中。

若涉及到需要改變仿真系統(tǒng)信號設(shè)備狀態(tài)的測試時，則需要通過測試軟件的設(shè)置設(shè)備狀態(tài)模塊，也就是模擬故障情況下的測試時需要用到設(shè)置設(shè)備狀態(tài)模塊。

2.3 列車進(jìn)路選出的測試用例編寫

車站信號設(shè)備平面布置圖是根據(jù)站場線路圖繪制的，能清楚地反映站場信號設(shè)備的位置。聯(lián)鎖表是說明站場中信號設(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系的圖表。它們都是測試平臺中車站信號設(shè)備仿真系統(tǒng)仿真的依據(jù)和聯(lián)鎖軟件實現(xiàn)聯(lián)鎖功能的基礎(chǔ)。

圖2 舉例車站信號設(shè)備平面布置圖

表1 聯(lián)鎖表

依據(jù)的車站信號設(shè)備平面布置圖和聯(lián)鎖表分別如圖2和表1所示。其中，聯(lián)鎖表只截取了列車進(jìn)路選出測試用例編寫時涉及到的相關(guān)進(jìn)路。

3 列車進(jìn)路選出黑盒測試過程與實現(xiàn)

3.1 列車進(jìn)路選出的測試用例編寫

下面對“列車進(jìn)路選出”這一功能進(jìn)行等價類劃分。根據(jù)傳統(tǒng)的計算機(jī)聯(lián)鎖軟件功能測試項目可知，針對“列車進(jìn)路選出”這一功能有正常選出進(jìn)路和故障下選出進(jìn)路兩大測試項目，如表2所示?？梢杂貌紶栔怠癟rue”和“False”來判斷設(shè)備狀態(tài)。

表2 計算機(jī)聯(lián)鎖“進(jìn)路選出”功能測試項

3.2 故障樹分析編寫測試用例

根據(jù)測試用例分級要求和已有的相關(guān)經(jīng)驗，選取“進(jìn)路選出時發(fā)生危險性失效”作為故障樹的頂事件，并建造故障樹，如圖3所示。

其次，需要進(jìn)行故障樹的定性分析，以確定最小割集，也就是可能引發(fā)頂事件的故障組合方式。

圖3 進(jìn)路選出時發(fā)生危險性失效故障樹框圖

針對“進(jìn)路選出時發(fā)生危險性失效”故障樹，這里采用下行法進(jìn)行分析。從T1開始為步驟1，這里的G1為一個“與門”，根據(jù)下行法的規(guī)則，這時應(yīng)該增加割集的階數(shù)，于是有步驟1的{x1,M1}。M1下面是G2，即從步驟1到步驟2遇到G2這個“或門”，根據(jù)下行法的規(guī)則，這時應(yīng)該增加割集的個數(shù)，又因為M1下面是x2與x3，所以豎向展開得割集。至此，故障樹已到達(dá)所有的底事件，故障樹分析完成。所以，該故障樹分析分為了2步，共得2個割集{x1,x2}，{x1,x3}。又因為該割集已經(jīng)無法再簡化，因此得到的全部最小割集為{x1,x2}，{x1,x3}。

3.3 列車進(jìn)路選出的測試流程

根據(jù)測試用例的編號，測試軟件將自動生成測試序列，然后將每一條測試用例都至少進(jìn)行一次測試。測試開始后，輸入測試用例中的輸入數(shù)據(jù)，此時，聯(lián)鎖軟件會依次檢查仿真系統(tǒng)中信號設(shè)備的聯(lián)鎖條件。若進(jìn)路中軌道區(qū)段和超限絕緣區(qū)段空閑、敵對進(jìn)路未建立、道岔與進(jìn)路要求的位置一致，則是正常情況，即完成該條測試，并等待下一條測試操作指令；若以上聯(lián)鎖條件中有不正常情況，測試將轉(zhuǎn)入測試開始階段重新測試該條測試用例，重復(fù)3次測試都不正常時也將轉(zhuǎn)入下一條測試操作指令，并把該測試結(jié)果記錄在運行結(jié)果記錄數(shù)據(jù)庫中，以便對所有測試發(fā)生的故障情況進(jìn)行匯總。列車進(jìn)路選出的測試流程，如圖4所示。

3.4 測試用例的實現(xiàn)舉例

在聯(lián)鎖軟件的黑盒測試平臺上使用python語言[6]，可以實現(xiàn)測試用例的重用、測試動作的自動執(zhí)行以及測試結(jié)果的報表輸出。用python語言實現(xiàn)測試用例是一種已經(jīng)運用在實際測試中的方法。針對測試用例“正常選出進(jìn)路”編寫的python偽代碼。

圖4 列車進(jìn)路選出的測試流程圖

輸入始終端按鈕：

檢查敵對信號是否開放：

檢查超限區(qū)段是否空閑：

檢查道岔是否與進(jìn)路選出要求的位置一致：

當(dāng)檢查的聯(lián)鎖條件與進(jìn)路要求一致時，變量x=1，否則x=0。并將x做and運算。由and運算的規(guī)則可知，只有當(dāng)聯(lián)鎖條件判斷后x都等于1時，最終被x賦值的end才為1，即輸出“進(jìn)路選出”。否則，若聯(lián)鎖條件判斷后有至少一項使得x=0，最終被x賦值的end則為0，即輸出“操作失敗”。

4 結(jié)束語

（1）聯(lián)鎖軟件代替了繼電聯(lián)鎖中繼電器的動作，避免了硬件損傷帶來的錯誤，使得聯(lián)鎖邏輯功能具有更高的可靠性、安全性和可用性，并使得設(shè)計、施工及其維護(hù)變得簡便易操作。

（2）聯(lián)鎖軟件在測試平臺下的黑盒測試過程，并根據(jù)聯(lián)鎖軟件黑盒測試[5]的測試用例覆蓋率重點分析了不同等級測試用例的編寫方法。本文選取了“列車進(jìn)路選出”這一聯(lián)鎖邏輯功能作為舉例，從測試環(huán)境、測試用例的編寫和測試流程說明3個方面進(jìn)行了分析，重點在對該功能測試的測試用例的編寫過程介紹。

（3）等價類劃分法只做了簡單的測試說明，采用故障樹分析法編寫了4級測試用例。而且論文只是用python偽代碼實現(xiàn)了一個測試用例。

選用某一種程序設(shè)計語言來編寫代碼，用代碼來模擬人工的輸入和檢查，實現(xiàn)自動測試。這種方式不但提高了效率，也在很大程度上提高了測試的準(zhǔn)確度，因而能更好地保障聯(lián)鎖軟件的安全。

[1]張海藩. 軟件工程導(dǎo)論[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2011：150.

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[5]張 偉，高 凡. 黑盒測試技術(shù)在城市軌道交通信號系統(tǒng)監(jiān)理驗收中的研究與應(yīng)用[J]. 鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2012，21（12）：56-59.

[6]劉小旭, 岳東河. 基于Python的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動測試平臺[J]. 價值工程，2010（27）：171.