王 猛

(北京鐵路信號(hào)有限公司，北京 102613)

在新建線路的開通前，為確保高鐵列車安全運(yùn)行，提高運(yùn)輸效率，需要對TCC軟件的功能及邏輯關(guān)系進(jìn)行遍歷測試, 旨在及時(shí)發(fā)現(xiàn)TCC軟件中的缺陷或漏洞，杜絕將存在問題的軟件應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行的高鐵線路上。必要的軟件測試可大大減少現(xiàn)場軟件發(fā)生故障的概率，只有經(jīng)過測試合格的軟件方能用于現(xiàn)場調(diào)試或開通，從而確保線路的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)場硬件設(shè)備復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)條件受限，因此列控中心軟件的測試以室內(nèi)仿真平臺(tái)測試的方式為主。從平臺(tái)規(guī)劃、平臺(tái)架構(gòu)、測試流程、常見問題及處理方法等幾個(gè)方面來闡述仿真測試的必要性與實(shí)際意義。

1 TCC軟件仿真驗(yàn)收平臺(tái)構(gòu)成

1.1 仿真平臺(tái)簡述

TCC設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求可大致劃分為：大型車站、標(biāo)準(zhǔn)車站、線路所、轉(zhuǎn)換站、動(dòng)車所、中繼站等。由于現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，不同車站的硬件數(shù)量不一致、各設(shè)備間通信線纜錯(cuò)綜復(fù)雜、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)條件等因素受限，為有效解決上述問題，可通過搭建仿真測試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場真實(shí)硬件設(shè)備的模擬，其涵蓋了現(xiàn)場全部真實(shí)硬件功能，可達(dá)到預(yù)期的測試效果，成功的將現(xiàn)場環(huán)境搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。本文介紹的仿真測試平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)TCC兩大模塊的數(shù)據(jù)測試，即CTCS-0級(jí)和CTCS-2級(jí)的仿真測試。CTCS-0功能主要包括：列車進(jìn)路碼序、低頻信息、載頻信息、邊界碼序傳輸、改方功能等；CTCS-2功能主要包含：臨時(shí)限速測試、應(yīng)答器報(bào)文測試等。上述模塊所包含內(nèi)容均可通過仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)收測試。TCC產(chǎn)品軟件仿真驗(yàn)收測試平臺(tái)模型如圖1所示。

圖1 TCC產(chǎn)品軟件測試仿真平臺(tái)模型Fig.1 TCC product software test simulation platform model

1.2 測試平臺(tái)構(gòu)成

根據(jù)1.1仿真驗(yàn)收測試平臺(tái)的建模構(gòu)成不難看出，在進(jìn)行TCC軟件驗(yàn)收測試時(shí)，如果對外接口全部為真實(shí)設(shè)備，會(huì)造成實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)量過多、實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜、效率低下。因此，通過使用仿真軟件將列控系統(tǒng)部分模塊與外部接口進(jìn)行模擬，最大程度優(yōu)化設(shè)備構(gòu)成，提升驗(yàn)收測試效率，降低設(shè)備成本。仿真測試系統(tǒng)可模擬ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、調(diào)度集中（CTC）、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、地面電子單元（LEU）、應(yīng)答器等設(shè)備。通過使用仿真平臺(tái)軟件，為TCC軟件的邏輯功能及接口測試帶來了極大方便。實(shí)驗(yàn)室仿真驗(yàn)收測試平臺(tái)測試環(huán)境如圖2所示。

仿真驗(yàn)收測試平臺(tái)面向列控中心設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室TCC主機(jī)單元及各模塊板卡與現(xiàn)場硬件設(shè)備保持一致，所有對外接口設(shè)備都可通過仿真軟件進(jìn)行模擬。如臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、相鄰車站、集中監(jiān)測(CSM)均通過以太網(wǎng)與待測TCC建立通信；應(yīng)答器報(bào)文信息、ZPW-2000A軌道電路、CTC可通過CAN總線與待測車站建立通信；驅(qū)動(dòng)和采集信息通過仿真機(jī)上的專用通信板與待測車站建立數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)仿真測試系統(tǒng)環(huán)境搭建要求，驗(yàn)收測試的TCC軟件、工程數(shù)據(jù)均需要按照現(xiàn)場實(shí)際要求執(zhí)行。例如搭建9套真實(shí)的TCC主機(jī)單元為被測對象，可以滿足3組驗(yàn)收測試人員同時(shí)進(jìn)行“三站兩區(qū)間”的驗(yàn)收測試，測試環(huán)境如圖3所示。

圖2 仿真驗(yàn)收測試平臺(tái)示意圖Fig.2 Schematic diagram of simulation acceptance test platform

圖3 仿真測試平臺(tái)界面Fig.3 Simulation test platform interface

仿真機(jī)分別通過光纖通道、以太網(wǎng)通道和CAN通道與待測TCC通信，針對驅(qū)動(dòng)采集單元、ZPW-2000A軌道電路、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、臨時(shí)限速服務(wù)器、應(yīng)答器報(bào)文信息等接口設(shè)備仿真。相鄰車站通過以太網(wǎng)交換機(jī)與被測主機(jī)建立數(shù)據(jù)相連，可實(shí)現(xiàn)TCC的改方功能、鄰站邊界碼序的傳輸?shù)裙δ?。臨時(shí)限速服務(wù)器通過以太網(wǎng)交換機(jī)與待測TCC建立通信，其主要功能是為TCC下達(dá)初始化命令和臨時(shí)限速信息，為接下的報(bào)文與臨時(shí)限速測試環(huán)節(jié)提供便利條件。

2 軟件驗(yàn)收測試過程

2.1 測試前準(zhǔn)備工作

1）制定方案

根據(jù)各路局電務(wù)段所提出驗(yàn)收需求，梳理出現(xiàn)場工程項(xiàng)目的迫切程度，由技術(shù)人員結(jié)合實(shí)驗(yàn)室硬件平臺(tái)分布及使用情況，制定出詳細(xì)、合理、高效的驗(yàn)收測試方案。合理的驗(yàn)收方案可提升仿真測試效率，同時(shí)，可滿足多家鐵路局電務(wù)段人員同步進(jìn)行此項(xiàng)測試工作，為現(xiàn)場項(xiàng)目的順利開通奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）數(shù)據(jù)調(diào)試

測試所需數(shù)據(jù)包括待測軟件、被測站數(shù)據(jù)庫信息、工程數(shù)據(jù)，技術(shù)人員在收到這些數(shù)據(jù)后，需要對軟件版本號(hào)、發(fā)布日期信息進(jìn)行核實(shí)并記錄，同時(shí)創(chuàng)建所需測試環(huán)境方案，以保證完整無遺漏。接下來對設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行木馬查毒，并通過專用存儲(chǔ)設(shè)備將數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入至測試服務(wù)器，直至測試環(huán)境調(diào)試穩(wěn)定。

2.2 搭建被測軟件仿真平臺(tái)

搭建測試環(huán)境是軟件測試實(shí)現(xiàn)的重要階段，測試環(huán)境是否合適將嚴(yán)重影響測試結(jié)果的真實(shí)性和正確性。根據(jù)實(shí)際測試需求及測試進(jìn)度計(jì)劃，搭建“輔助-待測-輔助”的三站兩區(qū)間測試模型。該測試模型覆蓋到中間待測車站列控中心軟件的全部運(yùn)算邏輯及功能，較好闡述測試的意義及重要性。測試的主體為列控中心軟件，通過仿真機(jī)以及外部通信接口等設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測試平臺(tái)。若搭建過程中遇到數(shù)據(jù)或軟件邏輯問題，由技術(shù)支持工程師分析問題原因或?qū)栴}反饋至軟件設(shè)計(jì)方，由其進(jìn)行確認(rèn)是否存在缺陷，直至仿真環(huán)境搭建完結(jié)。

2.3 仿真測試項(xiàng)目

電務(wù)段測試人員根據(jù)事先準(zhǔn)備好的測試記錄表，針對列控中心軟件所包含的全部功能進(jìn)行遍歷性測試。測試記錄表中的測試項(xiàng)主要包括：改方功能測試、進(jìn)路碼序測試、應(yīng)答器報(bào)文測試等。下面重點(diǎn)介紹仿真測試所涉及的幾個(gè)功能模塊。

改方功能測試：列控中心通過站間安全數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與相鄰車站數(shù)據(jù)通信，對區(qū)間的運(yùn)行方向協(xié)同管理。在雙方列控中心確認(rèn)可以改變區(qū)間運(yùn)行方向時(shí)，才允許聯(lián)鎖辦理發(fā)車進(jìn)路。處理機(jī)制符合故障-安全的原則，保證相鄰車站不處于敵對運(yùn)行方向。從而實(shí)現(xiàn)車站線路運(yùn)行方向的改變。

進(jìn)路碼序測試：列控中心根據(jù)列車在區(qū)間的走行邏輯，對軌道電路占用、空閑、故障占用、失去分路狀態(tài)進(jìn)行判斷和報(bào)警，并采取必要的防護(hù)措施。對于站內(nèi)軌道電路編碼，根據(jù)辦理的進(jìn)路及前方進(jìn)路狀態(tài)，按照軌道電路編碼邏輯，產(chǎn)生對應(yīng)于各個(gè)軌道電路的低頻碼。實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)對應(yīng)軌道區(qū)段的低頻碼序與測試表格進(jìn)行核對，從而驗(yàn)證列控主機(jī)軟件邏輯的正確性。

應(yīng)答器報(bào)文測試：根據(jù)聯(lián)鎖進(jìn)路狀態(tài)選擇與之對應(yīng)的進(jìn)路信息報(bào)文，通過LEU向?qū)?yīng)的進(jìn)站口應(yīng)答器傳送，從而向車載設(shè)備發(fā)送進(jìn)路參數(shù)，包括應(yīng)答器信息幀、進(jìn)路軌道區(qū)段長度、線路坡度、應(yīng)答器鏈接、特殊區(qū)段、臨時(shí)限速、大號(hào)碼道岔信息包等。

2.4 問題反饋

在進(jìn)行仿真測試過程中，當(dāng)電務(wù)段測試人員發(fā)現(xiàn)軟件存在疑問或缺陷時(shí)，應(yīng)及時(shí)向技術(shù)支持人員反饋，由技術(shù)支持人員對問題進(jìn)行初步判斷，確定其是否為軟件缺陷。若軟件確實(shí)存在設(shè)計(jì)缺陷，則應(yīng)按要求填寫問題反饋單，將反饋單發(fā)送至軟件設(shè)計(jì)方。待設(shè)計(jì)方修改軟件完畢后，由技術(shù)支持人員重新?lián)Q裝軟件進(jìn)行仿真測試，直至測試結(jié)束，如圖4所示。

圖4 測試流程圖Fig.4 Test flow chart

3 常見測試故障及解決方法

在仿真驗(yàn)收測試過程中，會(huì)反饋一些測試結(jié)果與電務(wù)驗(yàn)收人員預(yù)期不一致的情況。一般情況下，按照如下順序檢查，可以高效的定位故障：

1) 測試臺(tái)硬件設(shè)備故障排查；

2) 仿真測試環(huán)境版本的確認(rèn)；

3) 測試輸入文檔的有效性確認(rèn)；

4) 仿真測試環(huán)境的誤操作排查；

5) 被測軟件錯(cuò)誤排查。

3.1 測試臺(tái)硬件設(shè)備故障排查

在硬件設(shè)備的故障排查時(shí)，應(yīng)先行確認(rèn)列控中心主機(jī)單元的工作狀態(tài)。可通過觀察各板卡面板指示燈，輔助判斷硬件板卡的工作狀態(tài)；在確認(rèn)主機(jī)單元工作正常后，可調(diào)試仿真設(shè)備與列控中心的通信狀態(tài)，如驅(qū)采仿真與列控中心的通信、聯(lián)鎖仿真與列控中心的以太網(wǎng)通信、CAN總線仿真設(shè)備與列控中心的CAN總線通道狀態(tài)。

上述的各類通信狀態(tài)，在列控中心的監(jiān)測機(jī)中均有顯示。建議在硬件調(diào)試時(shí)，搭建相應(yīng)列控中心的監(jiān)測機(jī)，可以方便硬件設(shè)備的故障排查和故障定位；在進(jìn)行測試過程中，搭建臨時(shí)測試環(huán)境時(shí)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的“安裝-拆除”環(huán)節(jié)。此過程極易造成通信中斷、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備重啟等故障現(xiàn)象。根據(jù)設(shè)備的通訊方式進(jìn)行判斷，將故障點(diǎn)定位后，再根據(jù)線纜類別進(jìn)行逐一排查，可以快速恢復(fù)仿真測試環(huán)境。

軌道電路、LEU、CTC均通過CAN通道與TCC主機(jī)建立數(shù)據(jù)通信，但彼此的傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容不一致。由于仿真機(jī)CAN卡性能的限制，在測試中可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息不穩(wěn)定、碼序波動(dòng)現(xiàn)象。為了避免此類問題出現(xiàn)，可根據(jù)實(shí)際需要將不同設(shè)備的數(shù)據(jù)通道設(shè)置在不同的CAN通道中，從而解決上述測試過程中遇到的問題。

3.2 測試軟件或數(shù)據(jù)缺陷

仿真測試環(huán)境版本確認(rèn)：仿真測試環(huán)境是由列控中心系統(tǒng)硬件平臺(tái)、列控中心軟件、仿真測試系統(tǒng)軟件、仿真測試數(shù)據(jù)組成，其中列控中心軟件為被測對象，其他為測試環(huán)境。在確認(rèn)列控中心系統(tǒng)硬件平臺(tái)工作正常后，便需要對仿真測試系統(tǒng)軟件的版本、仿真測試數(shù)據(jù)確認(rèn)。

由于在電務(wù)驗(yàn)收前，廠家已經(jīng)完成了內(nèi)部測試，故仿真測試系統(tǒng)軟件和仿真測試數(shù)據(jù)應(yīng)與廠家內(nèi)部測試時(shí)保持一致。

測試輸入文檔的有效性確認(rèn)： 在仿真驗(yàn)收過程中，電務(wù)驗(yàn)收人員以設(shè)計(jì)出的設(shè)計(jì)資料為依據(jù)、結(jié)合鐵路信號(hào)技術(shù)規(guī)范、列控中心相關(guān)的技術(shù)條件等，形成預(yù)期結(jié)果，用來評(píng)價(jià)被測列控中心軟件。但有時(shí)由于驗(yàn)收人員手中的設(shè)計(jì)文檔與廠家的設(shè)計(jì)文檔存在差異，導(dǎo)致預(yù)期結(jié)果的偏離。所以，在測試之前，與驗(yàn)收人員核實(shí)設(shè)計(jì)文檔的版本顯得極為重要。

仿真測試環(huán)境的誤操作排查： 在列控中心系統(tǒng)工作正常、仿真系統(tǒng)軟件版本和數(shù)據(jù)版本與廠家內(nèi)部測試所用版本一致時(shí)，首先考慮仿真測試環(huán)境的誤操作。常見的情況如下：

誤關(guān)閉了仿真的某些模塊，導(dǎo)致仿真部分功能缺失；

誤設(shè)置了PIO的驅(qū)采、IP通信模式（真實(shí)IP或虛擬IP），導(dǎo)致列控中心系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)交互異常；

誤設(shè)置鄰站站間信息，導(dǎo)致改方、碼序追蹤等功能異常；

誤設(shè)置保持了一些繼電器的采集狀態(tài)，導(dǎo)致列控中心監(jiān)測該繼電器驅(qū)采異常，觸發(fā)相應(yīng)的軟件防護(hù)機(jī)制；

誤設(shè)置了仿真聯(lián)鎖始端信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，導(dǎo)致列控中心無法正常編碼。

當(dāng)上述情況出現(xiàn)時(shí)，可從列控中心軟件的響應(yīng)結(jié)果，來推測可能的誤操作情況，如列控中心無法正常改方，需要檢查IP通信模式、鄰站站間信息、PIO仿真的采集是否到位；列控中心無法正常完成進(jìn)路編碼，應(yīng)優(yōu)先查看聯(lián)鎖點(diǎn)燈、進(jìn)路上各區(qū)段的FQJ的采集是否到位。

被測軟件錯(cuò)誤排查：在上述硬件檢查、環(huán)境檢查、設(shè)計(jì)文檔的一致性檢查都完成后，若被測軟件仍然存在功能異常，可考慮進(jìn)行軟件錯(cuò)誤排查。考慮廠家內(nèi)部測試完成后才進(jìn)行仿真驗(yàn)收測試，故軟件自身的缺陷可能性較低，建議先從接口部分入手。常見的兩類問題如下。

1）列控中心進(jìn)行接口測試時(shí)，會(huì)出現(xiàn)列控中心與CTC設(shè)備無法建立正常通信的情況。由于客專列控中心和CTC協(xié)議版本的唯一性，若確認(rèn)硬件通道無問題后，考慮雙方接口配置不一致性的問題。優(yōu)先進(jìn)行雙方軟件通信參數(shù)、數(shù)據(jù)版本的比對，往往可以高效的定位問題。

2）實(shí)驗(yàn)室搭建列控系統(tǒng)仿真平臺(tái)后，列控與聯(lián)鎖始終無法完成正常通信。優(yōu)先確認(rèn)以太網(wǎng)物理通道，通過8K數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)判斷聯(lián)鎖與列控之間通道狀態(tài)，若物理通道正常、邏輯通道通信中斷，建議使用wireshark等網(wǎng)絡(luò)抓包工具，獲取列控傳給聯(lián)鎖、聯(lián)鎖傳給列控的UDP數(shù)據(jù)包，檢查RSSP-1協(xié)議是否校驗(yàn)通過、檢查數(shù)據(jù)版本和協(xié)議版本的一致性。

4 結(jié)束語

文中介紹的仿真驗(yàn)收測試環(huán)境準(zhǔn)備與故障排查方法適用于列控中心仿真驗(yàn)收測試，提出的測試流程及方案將在今后的實(shí)際運(yùn)用中不斷優(yōu)化。這一方法還將用于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自主化列控產(chǎn)品的仿真測試中，希望能對類似測試有所幫助。