列控中心仿真測試系統的研究及應用

余云飛（北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073）

1 概述

隨著我國鐵路客運專線建設事業的快速發展，客運專線列控中心應用軟件的生產需求逐年增大。相比于既有線列控中心，客專列控中心功能龐大，外部接口多，接口形式復雜，且實驗室列控中心系統目標平臺數量有限，無可視化運行狀態顯示功能，其外部接口設備諸如軌道電路移頻柜、LEU-應答器設備等，占地面積大，安裝條件不具備，在實驗室搭建由真實列控中心設備和外部接口設備（或部分外部模擬設備）構成的客專列控中心測試環境難度很大，且搭建效率和使用質量皆無法滿足日益增加的列控中心軟件開發及測試需求。因此，一個功能結構完整、配置靈活、搭建及使用簡潔高效，可大面積部署的仿真測試系統對于緩解日益擴大的生產與研發及測試間的矛盾將會起到積極的推動作用。

列控中心仿真測試系統（簡稱TCCT）是針對CTCS-2級客運專線列控中心接口開發的基于PC及W in d ow s操作系統的列控中心軟件調試及測試平臺，通過實現列控中心對外通信接口單元仿真和外部通信設備邏輯仿真，以及列控中心主機單元設備的仿真，為列控中心軟件的開發及測試過程提供相應解決方案。

2 列控中心設備接口概述

如圖1所示，列控中心主機柜內設備由列控中心主機單元及對外通信接口設備構成。列控中心應用軟件運行于主機單元，通過柜內通信接口單元、PIO驅采單元、站間通信接口單元等通信接口設備，實時與計算機聯鎖、鄰站列控中心、臨時限速服務器、軌道電路、繼電電路、LEU電子單元等外部通信設備進行數據交互，完成信號狀態的輸入及輸出。

TCCT先后實現PC機上列控中心主機單元外部設備及主機單元的仿真，使列控中心應用軟件開發及測試效率得到大幅提升。

余云飛，男，碩士畢業于北京航空航天大學，工程師。主要研究方向包括列控中心仿真測試技術、自動化測試技術，列控中心軟件測試技術研究，曾參與CTCS-2級客運專線列控中心測試系統研究、城際鐵路列控系統研究、LKD2-T1型列控中心系統研究等項目。

3 TCCT設計實現

隨著客運專線列控中心開發及測試需求的不斷深化，TCCT的研發過程大致按如下3個階段進行。

1）通信接口單元及外部通信設備仿真器的開發及應用；

2）列控中心主機單元仿真器開發及其與列控中心外部通信設備仿真在PC機上的對接；

3）系統配置部署的實現。

各階段的研究成果在相應時期都能極大促進了列控中心產品的生產效率。

3.1 主機單元外部設備仿真器設計實現

列控中心主機單元的外部設備包含柜內通信接口單元設備及外部通信設備。依據列控中心對外通信接口規范及內部總線通信協議，將主機單元以外的所有通信接口單元及與該通信接口單元相關的外部通信設備用PC環境替代，通過PC及安裝于其上的數據通信采集設備實現外部設備仿真與主機單元的數據交互。仿真器主要包含如下。

1）軌道電路移頻柜功能邏輯仿真及C I-TC2通信接口單元仿真實現列控中心與軌道電路之間編碼信息的實施下發及列車軌道狀態的實施采集。

2）LEU應答器功能邏輯仿真及C I-T IU通信接口單元仿真實現列控中心到應答器報文信息的實時顯示。

3）CTC設備邏輯仿真及CI-GS通信接口單元仿真實現列控中心與CTC設備間的信息交互。

4）繼電電路邏輯仿真及P IO驅采單元仿真實現列控中心與繼電電路之間的驅動控制及采集獲取。

5）計算機聯鎖功能邏輯仿真，臨時限速服務器功能仿真和鄰站列控中心功能仿真及站間通信接口仿真實現了列控中心與外部網絡通信設備間的數據交互。

仿真器軟件依照相應的使用需求及操作需求進行模塊設計和劃分，如圖2所示。

站場U I是TCCT的對外操作接口。通過在U I與仿真層之間定義仿真設備的控制命令，仿真器可根據U I下發的操作指令，進行設備信息修改，并將修改之后的信息實時發送至列控中心，完成一個測試條件的設置，如在U I辦理一條列車進路，通過TCP端口下發U I指令，最終由計算機聯鎖仿真器將辦理成功的進路信息實時發送至列控中心；通過在仿真層與U I之間定義仿真設備狀態信息的反饋命令，U I可周期接收仿真器上傳的站場狀態信息并顯示，站場狀態信息即列控中心的運行狀態信息反饋，可按照信號設備劃分為：如軌道區段的編碼信息、應答器報文信息、信號機點燈信息、區間方向信息以及繼電器驅動狀態等。U I與仿真器之間的命令及狀態交互示意如圖3所示。

同時，仿真器U I與仿真設備之間的控制協議也是自動化測試引擎腳本指令的研發依據。

設備仿真層實現列控中心外部通信設備邏輯功能以及通信接口單元功能仿真，為使TCCT提供盡可能多而靈活的操作指令，仿真器的邏輯設定為：在實現真實設備工作邏輯的基礎上，可按照用戶自定義需求進行異常測試條件的設置，如計算機聯鎖模擬可提供人工鎖閉和解鎖命令，并制造如下測試條件，當列車正常占壓前方軌道區段，出清后方軌道區段時，后方軌道區段持續發送后方軌道區段鎖閉至列控中心，直到人工設置該軌道區段解鎖為止。

由于列控中心現場測試需利用臨時限速服務器仿真以及鄰站列控中心仿真進行列控中心初始化以及臨時的站間改方操作，為便于上述功能模塊在現場的安裝使用，臨時限速服務器仿真及鄰站列控中心仿真使用單獨進程，并提供專項U I，以便其脫離系統獨立運行。

各仿真器通過相應的通信接口設備（如CAN卡，IN IO2卡或以太網接口）與列控中心主機單元進行周期數據交互。

外部設備仿真在PC機上實現列控中心主機單元的外圍接口環境模擬，使得搭建一個列控中心集成測試環境時，僅需一臺列控中心的主機單元，一臺PC，相應的CAN采集卡，IN IO2卡以及以太網接口。需特別說明，這里只需要一個以太網接口，通過實現IP地址在網卡的自動添加，在一個以太網同時設置計算機聯鎖，臨時限速服務器以及多個站間列控中心的IP地址。

3.2 主機單元仿真器設計實現

通過外部設備仿真可極大簡化列控中心應用軟件的測試環境搭建過程，但是，被測應用軟件仍需運行于主機單元，對于軟件開發人員在開發過程的調試以及開發測試人員進行類似代碼走查性質的軟件測試過程，其軟件代碼的運行狀態仍不可見，且集成測試的效率也仍然受限于主機單元的數量，無法進行大面積的數據測試及回歸測試。所以，在外部設備仿真開發完成的條件下，還需要進一步將主機單元的運行過程移植到PC。

列控中心主機單元設備仿真包含列控中心系統接口仿真器及列控中心應用軟件仿真兩部分，通過外殼程序實現仿真交互過程的調度。其中，列控中心應用軟件仿真使用動態鏈接庫形式封裝。主機單元仿真器的開發基于虛擬內存技術，在W in d ow s進程尋址空間內開辟一塊足夠大的內存區，根據列控中心目標平臺的系統內存分配規則，劃分并規定應用軟件與系統平臺的數據交互內存區。列控中心系統接口仿真器依靠內部動態數據緩存實時與外部設備仿真器進行數據交互，并由外殼程序周期實現動態數據緩存與虛擬內存區的數據交互。在列控中心應用軟件內使用可編譯宏對應用軟件訪問系統層的基地址進行重新定義，通過最小且最直觀的修改，實現應用軟件對系統層數據的讀寫操作仿真，并向外殼程序提供應用軟件主函數A PI，由外殼程序周期實現應用軟件仿真與虛擬內存數據的交互，從而實現列控中心主機單元仿真器的開發，系統結構圖如圖4所示。

由圖4可以看出，為實現主機單元仿真器與外部設備仿真器的連接仿真，且不更改外部設備仿真器的通信調用接口，還需實現主機單元仿真與外部設備仿真之間的通信接口設備驅動仿真，即CAN卡設備，IN IO2卡設備以及以太網通信接口的驅動仿真。依照接口形式不變的原則，提供與真實驅動完全相同的驅動仿真，替換外部設備仿真的接口驅動，實現仿真條件下外部設備仿真與主機單元設備仿真的實時交互。至此，TCCT研究基本完成，總體結構圖如圖5所示。

3.3 系統配置部署

由于TCCT的仿真器模塊較多，且兼容各條客運專線的接口規范及多種目標平臺，必然要借助復雜的配置進行運行模式及適配規范的切換及配置。為簡化該過程的操作步驟，提高測試環境的搭建效率，提高模塊之間的集成性，需開發系統部署工具，使用戶通過統一的控制面板完成被測工程線路及車站的配置數據加載，通信協議確認以及相關仿真器模塊的部署，整個過程做到一鍵式操作，系統部署示意如圖6所示。

系統部署功能使得T C C T的整體性得到進一步提高，對于系統的產品化也有很好的推動作用。

4 系統應用舉例

1）集成測試過程，搭建一個三站（A、B、C）兩區間的測試環境，其左右鄰站列控中心D站和E站列控中心使用列控中心主機單元仿真器替代，其余鄰站列控中心依靠啟動TCCT內的鄰站列控中心仿真替代，外部設備如計算機聯鎖，臨時限速服務器全部使用外部設備仿真器替代，如圖7所示。

2）列控中心應用軟件開發調試過程，進行樞紐站A與樞紐站B站間代傳信息測試，使用配置部署工具，在PC上將A站及B站的設備仿真啟動完畢，使用IDE工具調試模式啟動A站或B站（根據調試需求）列控中心應用軟件，進行軟件調試及測試，如圖8所示。

5 結論

由于TCCT成功將列控中心的測試環境完全移植到PC，使得列控中心測試環境的搭建不再受限于系統目標平臺的數量，且搭建方式更為簡便快捷，應用軟件的開發調試過程也具備普通應用軟件的單步調試功能。由于兼容各種接口規范及目標平臺，使得在列控中心功能日趨完善，測試需求日益多樣化的情況下，TCCT仍然完整支撐整個產品生產過程的測試。

TCCT從武廣線開始逐步投入使用，現已成功支撐滬寧，滬杭，海南東環，廣深港，廣珠，京滬，哈大等工程線路的列控中心開發及測試，由于產品預留了自動化測試平臺的開發接口，隨著功能的進一步完善，基于該套系統的列控中心自動化測試系統也將在測試過程中逐步發揮更大的作用。

[1]科技運[2010] 138號 客運專線列控中心技術規范[S].