簡談列控中心仿真驗收測試

王 猛

(北京鐵路信號有限公司，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。現(xiàn)場硬件設(shè)備復(fù)雜、實驗條件受限，因此列控中心軟件的測試以室內(nèi)仿真平臺測試的方式為主。從平臺規(guī)劃、平臺架構(gòu)、測試流程、常見問題及處理方法等幾個方面來闡述仿真測試的必要性與實際意義。

1 TCC軟件仿真驗收平臺構(gòu)成

1.1 仿真平臺簡述

TCC設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場實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)備間通信線纜錯綜復(fù)雜、現(xiàn)場實驗條件等因素受限，為有效解決上述問題，可通過搭建仿真測試平臺實現(xiàn)對現(xiàn)場真實硬件設(shè)備的模擬，其涵蓋了現(xiàn)場全部真實硬件功能，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)了實驗室。本文介紹的仿真測試平臺可實現(xiàn)TCC兩大模塊的數(shù)據(jù)測試，即CTCS-0級和CTCS-2級的仿真測試。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：臨時限速測試、應(yīng)答器報文測試等。上述模塊所包含內(nèi)容均可通過仿真平臺進(jìn)行驗收測試。TCC產(chǎn)品軟件仿真驗收測試平臺模型如圖1所示。

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

1.2 測試平臺構(gòu)成

根據(jù)1.1仿真驗收測試平臺的建模構(gòu)成不難看出，在進(jìn)行TCC軟件驗收測試時，如果對外接口全部為真實設(shè)備，會造成實驗室設(shè)備數(shù)量過多、實驗環(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)、計算機(jī)聯(lián)鎖、調(diào)度集中（CTC）、臨時限速服務(wù)器（TSRS）、地面電子單元（LEU）、應(yīng)答器等設(shè)備。通過使用仿真平臺軟件，為TCC軟件的邏輯功能及接口測試帶來了極大方便。實驗室仿真驗收測試平臺測試環(huán)境如圖2所示。

仿真驗收測試平臺面向列控中心設(shè)備。實驗室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，驗收測試的TCC軟件、工程數(shù)據(jù)均需要按照現(xiàn)場實際要求執(zhí)行。例如搭建9套真實的TCC主機(jī)單元為被測對象，可以滿足3組驗收測試人員同時進(jìn)行“三站兩區(qū)間”的驗收測試，測試環(huán)境如圖3所示。

圖2 仿真驗收測試平臺示意圖Fig.2 Schematic diagram of simulation acceptance test platform

圖3 仿真測試平臺界面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)動采集單元、ZPW-2000A軌道電路、計算機(jī)聯(lián)鎖、臨時限速服務(wù)器、應(yīng)答器報文信息等接口設(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，可實現(xiàn)TCC的改方功能、鄰站邊界碼序的傳輸?shù)裙δ堋ＥR時限速服務(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)初始化命令和臨時限速信息，為接下的報文與臨時限速測試環(huán)節(jié)提供便利條件。

2 軟件驗收測試過程

2.1 測試前準(zhǔn)備工作

1）制定方案

根據(jù)各路局電務(wù)段所提出驗收需求，梳理出現(xiàn)場工程項目的迫切程度，由技術(shù)人員結(jié)合實驗室硬件平臺分布及使用情況，制定出詳細(xì)、合理、高效的驗收測試方案。合理的驗收方案可提升仿真測試效率，同時，可滿足多家鐵路局電務(wù)段人員同步進(jìn)行此項測試工作，為現(xiàn)場項目的順利開通奠定堅實的基礎(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、發(fā)布日期信息進(jìn)行核實并記錄，同時創(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

搭建測試環(huán)境是軟件測試實現(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)果的真實性和正確性。根據(jù)實際測試需求及測試進(jìn)度計劃，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)備實現(xiàn)系統(tǒng)測試平臺。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主要包括：改方功能測試、進(jìn)路碼序測試、應(yīng)答器報文測試等。下面重點介紹仿真測試所涉及的幾個功能模塊。

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，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)于各個軌道電路的低頻碼。實驗人員根據(jù)對應(yīng)軌道區(qū)段的低頻碼序與測試表格進(jìn)行核對，從而驗證列控主機(jī)軟件邏輯的正確性。

應(yīng)答器報文測試：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、臨時限速、大號碼道岔信息包等。

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，應(yīng)及時向技術(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。若軟件確實存在設(shè)計缺陷，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)計方。待設(shè)計方修改軟件完畢后，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

在仿真驗收測試過程中，會反饋一些測試結(jié)果與電務(wù)驗收人員預(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) 被測軟件錯誤排查。

3.1 測試臺硬件設(shè)備故障排查

在硬件設(shè)備的故障排查時，應(yīng)先行確認(rèn)列控中心主機(jī)單元的工作狀態(tài)?？赏ㄟ^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，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，搭建臨時測試環(huán)境時會出現(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，在測試中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息不穩(wěn)定、碼序波動現(xiàn)象。為了避免此類問題出現(xiàn)，可根據(jù)實際需要將不同設(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、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)部測試時保持一致。

測試輸入文檔的有效性確認(rèn)： 在仿真驗收過程中，電務(wù)驗收人員以設(shè)計出的設(shè)計資料為依據(jù)、結(jié)合鐵路信號技術(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，用來評價被測列控中心軟件。但有時由于驗收人員手中的設(shè)計文檔與廠家的設(shè)計文檔存在差異，導(dǎo)致預(yù)期結(jié)果的偏離。所以，在測試之前，與驗收人員核實設(shè)計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，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)鎖始端信號機(jī)點燈，導(dǎo)致列控中心無法正常編碼。

當(dāng)上述情況出現(xiàn)時，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)鎖點燈、進(jìn)路上各區(qū)段的FQJ的采集是否到位。

被測軟件錯誤排查：在上述硬件檢查、環(huán)境檢查、設(shè)計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)行軟件錯誤排查。考慮廠家內(nèi)部測試完成后才進(jìn)行仿真驗收測試，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，會出現(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）實驗室搭建列控系統(tǒng)仿真平臺后，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收測試，提出的測試流程及方案將在今后的實際運(yùn)用中不斷優(yōu)化。這一方法還將用于具有自主知識產(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。