基于TCL語言的車載ATP自動測試平臺的研究與實現

張友兵，張 波

（北京全路通信信號研究設計院有限公司 列車自動控制研究所, 北京 100073）

車載ATP(Automatic Train Protection,列車超速防護系統)作為CTCS-2級列控系統的重要組成部分，影響著列車的行車安全。在將車載ATP投入應用之前，必須對其進行嚴格、完備的測試。

當前，對車載ATP進行的測試是以人工為主的測試，需要測試人員控制整個測試過程，判斷測試成功與否等。由于人工干預測試條件的控制和轉換，執行效率低下。同時，要求測試人員具有堅實的專業知識和豐富的測試經驗，特別是針對回歸測試，重復的測試工作量很大。

本文主要介紹了一種基于TCL腳本語言的針對車載ATP的自動測試平臺，說明該自動測試平臺的工作原理，并通過平臺開發和實驗室實際測試，證明該自動測試平臺是可行的、有用的和高效的。

1 TCL語言簡介

TCL(Tool Command Language)語言是一種命令腳本化語言。它是基于字符串的解釋型命令語言，是一種簡明、高效、可移植性好的編程語言，具有可擴展、支持重用、簡單易學等特點。TCL語言作為應用的粘合劑，能夠無縫地將很多應用集成在一起，并且每一條TCL語句都可以理解成命令參數形式[1~2]。TCL提供了標準語法，并實現了許多功能，利用TCL開發測試腳本方便而簡單[3~4]。

在TCL語言中，提供了許多強大的命令，其中Expect命令尤為突出。每次Expect命令操作完成，運行結果將保存在本地環境變量 $expect_out中。這允許腳本收集這些信息給用戶以相應的反饋，同時也允許根據當前情況發送相對應的指令。Expect命令的這個功能為測試腳本和車載ATP自動交互信息提供了基礎。在下面將要介紹的測試案例腳本與車載ATP之間的“信息交互方式2”和“信息交互方式3”都使用了Expect命令。

2 車載ATP自動測試平臺結構圖

車載ATP自動測試平臺結構如圖1所示。從圖1可以看出，除了被測設備車載ATP外，車載ATP自動測試平臺包含4個部分：測試腳本、主引擎、分引擎和測試接口。

圖1 車載ATP自動測試平臺結構圖

2.1 測試腳本

測試腳本又細分為TCL函數庫、測試案例腳本兩個部分。將測試案例中每一項測試內容封裝成函數，構成了TCL函數庫。編寫測試案例腳本時，只需根據文字描述的測試案例的每一項測試內容調用TCL函數庫中與之應的函數，將文字描述的測試案例腳本化，就得到了測試案例腳本。

2.2 主引擎

主引擎負責依次讀取測試案例腳本的每一句腳本命令，根據protocol buf fer協議將腳本命令發送給分引擎，另外主引擎還要將分引擎的數據傳遞給腳本。主引擎是測試案例腳本與分引擎之間交互數據的橋梁。

2.3 分引擎

分引擎從主引擎獲取測試案例腳本命令，根據命令內容執行相應的具體操作，并向主引擎回復車載ATP的實時信息等。在CTCS-2級車載ATP自動測試系統中，包含列車動力學分引擎、DMI分引擎和ATP接口平臺分引擎。

2.4 測試接口

測試接口是各個分引擎和被測車載ATP之間交互數據的通道。

通過DMI接口，DMI分引擎可以獲取ATP發送給DMI的所有MMI包和CTCS包。還可以對DMI進行以下操縱：設置司機號、設置車次號、設置列車長度、設置載頻等。

ATP接口平臺分引擎可以對ATP進行以下操作： ATP上電、ATP斷電、激活駕駛臺、關閉駕駛臺、設置列車運行方向等。還可以獲取列車當前位置坐標、當前速度、當前加速度等。

3 測試案例腳本與車載ATP之間的信息交互方式

為了對車載ATP進行自動測試，需要腳本與車載ATP自動交互信息。根據需要，設計了以下3種信息交互方式，就可以完成自動測試中腳本與車載ATP交互信息的所有需求。

3.1 信息交互方式1

信息交互方式1如圖2所示，它適用于從腳本到車載ATP的單方向的信息傳遞。通過方式1，自動測試案例腳本可以控制車載ATP上電/斷電、激活/關閉駕駛臺、設置列車運行方向、設置/取消ATP休眠、設置/取消ATP隔離、設置軌道電路低頻/載頻信息、設置應答器報文、設置列車速度/加速度、設置列車初始位置等。現在，以通過腳本控制車載ATP上電過程為例說明該機制，其步驟如下：

（1） 主引擎識別出當前一條腳本命令為“車載ATP上電”；

（2） 主引擎將“車載ATP上電”下達給對應的分引擎；

（3） 分引擎將真實的車載ATP上電命令下達給車載ATP；

（4） 車載ATP收到上電命令，執行上電命令。

3.2 信息交互方式2

圖2 信息交互方式1

信息交互方式2如圖3所示，它適用于腳本與車載ATP之間的雙方向的信息傳遞，分引擎對車載ATP的信息不做任何處理，只是透明地傳遞給腳本。通過方式2，自動測試案例腳本可以獲取列車當前位置坐標、獲取列車當前速度/加速度、獲取列車當前運行的模式/等級等。現在，以通過腳本獲取列車當前位置坐標為例，說明該機制，其步驟如下：

（1）主引擎識別出當前一條腳本命令為“判斷列車當前位置是否等于期盼位置？”；

（2）主引擎將“獲取列車位置”命令下達給對應的分引擎；

（3）分引擎實時從DMI接收車載ATP報告的列車當前位置，并將列車當前位置發送給主引擎；

（4）主引擎將列車當前位置發送給腳本，腳本判斷列車當前位置是否等于期盼位置。如果列車當前位置不等于期盼位置，則跳轉到步驟（1）。如果列車當前位置等于期盼位置，則認為期盼列車位置成功，結束此循環。

圖3 信息交互方式2

3.3 信息交互方式3

信息交互方式3如圖4所示，它適用于腳本與車載ATP之間的雙方向的信息傳遞，對于車載ATP某些功能進行測試，如果將邏輯處理完全放在腳本中，勢必會增加腳本的復雜程度。為了降低腳本的復雜程度，可以將有些邏輯處理放在分引擎中。腳本向分引擎下達命令，分引擎根據實時信息進行邏輯處理，將結果回送給腳本。通過方式3，自動測試案例腳本可以測試車尾保持功能，測試DMI沒有發出指定聲音或報警語音等。現在，以測試車尾保持功能為例，說明該機制，其步驟如下：

（1） 主引擎識別出當前一條腳本命令為“測試車尾保持命令”；

（2） 主引擎將“測試車尾保持命令”下達給對應的分引擎；

（3） 分引擎實時判斷列車是否位于測試車尾保持區域。當列車位于測試車尾保持區域，分引擎向DMI發送獲取允許速度命令，DMI向分引擎回復列車當前允許速度。DMI判斷列車當前允許速度是否等于要求的車尾保持速度。如果列車當前允許速度不等于車尾保持速度，則分引擎向主引擎報告“車尾保持失敗”，主引擎向腳本報告“車尾保持失敗”。如果列車當前允許速度等于車尾保持速度，則不做任何處理，繼續下一次循環。當列車出了測試車尾保持區域，則分引擎向主引擎報告“車尾保持成功”，主引擎向腳本報告“車尾保持成功”。

圖4 信息交互方式3

4 車載ATP自動測試平臺的實現方法

在軟件方面，需要實現主引擎、分引擎和自動測試腳本。其中，主引擎和分引擎使用C#語言開發，自動測試腳本使用TCL腳本語言開發。為了提高測試腳本的編寫效率和復用程度，可以將測試車載ATP每一項功能的TCL代碼分別封裝成函數，這些函數一起構成了TCL函數庫。在根據文字描述的測試案例編寫測試案例腳本時，根據文字描述的測試案例的每一步要測試的車載ATP功能，依次調用TCL函數庫中與之對應的函數，即可完成測試案例腳本的編寫。測試案例腳本的編寫過程，就是將文字描述的測試案例轉化成TCL腳本的測試案例。

在硬件方面，將主引擎、分引擎、TCL函數庫、測試案例腳本布置在一臺電腦上，再將該電腦通過專用的連接線連接到DMI上，并通過有線網絡或無線網絡連到ATP接口平臺。最再將ATP接口平臺和車載ATP連接起來。需要說明的是，DMI和車載ATP本來就存在連接，不需要再做連接。

至此，對車載ATP進行自動測試的軟硬件條件都具備了，啟動自動測試，通過測試案例腳本中腳本順序執行，即可完成對車載ATP的測試。

5 結束語

在CTCS-2級列控系統中，為了保證行車安全，在將車載ATP投入實際使用之前，必須對其進行嚴格測試。人工測試存在耗費時間、測試人員工作壓力大等缺陷。本文提出了一種基于TCL腳本的車載ATP自動測試平臺，并對該平臺的基本原理和實現方式做了介紹，通過開發和實驗室驗證，證明該車載ATP自動測試平臺能夠實現對車載ATP進行自動測試，能夠降低測試人員的工作強度，能夠實現測試結果的自動判定，具有研究和應用價值。

[1] John K. Ousterhout Ken Jones. Tcl/Tk入門經典[M]. 北京：清華大學出版社，2010.

[2]趙 利. 基于TCL腳本的自動化測試工具的研究與實現[J].信息化研究，2009，35（11）.

[3]魏 玄，申 敏. 基于TCL腳本語言的AT指令自動化測試技術的研究[J]. 重慶郵電大學學報，2008，20（5）.

[4]付文霞. 腳本在面向對象實時數據庫中的應用研究[J]. 科學技術與工程，2008，8（17）.