計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)自動(dòng)測試系統(tǒng)研究

李文濤

（中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工電部，北京 100844）

1 概述

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)作為保障行車安全最基礎(chǔ)、最核心的信號(hào)控制系統(tǒng)之一，聯(lián)鎖軟件投入使用前需要經(jīng)過嚴(yán)格的審核和測試。車站聯(lián)鎖軟件是將通用聯(lián)鎖軟件應(yīng)用于特定站型的實(shí)例化結(jié)果，不同車站的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或聯(lián)鎖關(guān)系存在各自的特點(diǎn)。因各車站的聯(lián)鎖軟件實(shí)質(zhì)上不完全相同，所以需要對(duì)各車站聯(lián)鎖關(guān)系進(jìn)行完整測試。如何提高測試有效性，是無數(shù)聯(lián)鎖工作者關(guān)注的問題。

目前國內(nèi)聯(lián)鎖軟件測試存在大量的重復(fù)性操作且測試量較大，采用人工測試不僅效率低、消耗了大量人力和物力資源，也容易因人員倦怠，出現(xiàn)人因失效。此外由于測試人員的知識(shí)水平、測試經(jīng)驗(yàn)參差不齊，難以做到測試完備，不遺留缺陷。因此提升測試水平、測試能力，成為各設(shè)備提供商與設(shè)備接管單位迫切的需求。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用為自動(dòng)測試的開展提供了可能。本文以灰盒測試為思路，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于腳本驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖自動(dòng)測試系統(tǒng)，具有一定實(shí)際意義。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

2.1 需求分析

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

針對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖的功能性需求及產(chǎn)品特點(diǎn)，除了要求計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖自動(dòng)測試系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖仿真模式下模擬行車的各種場景，還應(yīng)具有以下特性：

圖1 聯(lián)鎖系統(tǒng)基本框架Fig.1 Basic framework of interlocking system

邏輯正確：針對(duì)聯(lián)鎖功能的普遍性要求，自動(dòng)測試工具應(yīng)能根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和原則等正確執(zhí)行測試步驟，分辨通過項(xiàng)和錯(cuò)誤項(xiàng)；

高覆蓋性：自動(dòng)測試工具應(yīng)有能力覆蓋所有的被測對(duì)象及其相關(guān)檢查條件，如進(jìn)路、信號(hào)機(jī)、道岔等，做到不漏查，并減少相同測試功能的自動(dòng)測試與人工交叉測試；

高效測試：站場數(shù)據(jù)隨著站型的復(fù)雜程度成倍增加，要求聯(lián)鎖自動(dòng)測試工具能高效地執(zhí)行測試項(xiàng)，及時(shí)將測試結(jié)果反饋給測試人員；

分布式測試：針對(duì)大型站場的遍歷測試，可以人工定制不同測試設(shè)備的測試任務(wù)，分布執(zhí)行測試用例，以縮短測試時(shí)間，提升測試效率；

易讀性：自動(dòng)測試工具對(duì)測試失敗項(xiàng)應(yīng)有簡單說明，便于測試人員確定失敗原因；

維護(hù)便利：聯(lián)鎖邏輯復(fù)雜，特殊場景較多，測試用例應(yīng)便于維護(hù)，便于增加或修改不同的測試場景。

灰盒測試介于白盒測試和黑盒測試之間，是基于程序內(nèi)部細(xì)節(jié)有限認(rèn)知上的軟件測試方法，它考慮了用戶端操作、特定的系統(tǒng)知識(shí)等因素，在系統(tǒng)組件的協(xié)同性環(huán)境中評(píng)價(jià)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。灰盒測試法不僅可以追蹤輸出變量也可以追蹤中間變量，非常適合復(fù)雜的聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的測試工作。

基于腳本驅(qū)動(dòng)的測試框架因其通用性高、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)近年來受到眾多關(guān)注。該類測試方法依靠通用測試腳本和特定測試用例完成。首先，根據(jù)約定語法編寫測試腳本，腳本定義了測試的執(zhí)行步驟和預(yù)期結(jié)果；然后，軟件將會(huì)根據(jù)特定應(yīng)用場景實(shí)例化腳本，實(shí)例化結(jié)果也叫測試用例。該類測試方法適用于測試步驟基本一致的測試場景，也可以根據(jù)特殊需求直接編寫測試用例進(jìn)行測試。聯(lián)鎖數(shù)據(jù)測試大多具有通用性，對(duì)于普通的進(jìn)路或信號(hào)機(jī)等測試方法基本一致，但在特定站型下聯(lián)鎖設(shè)備可能存在特殊聯(lián)鎖關(guān)系，此時(shí)設(shè)計(jì)、測試人員需要單獨(dú)為其進(jìn)行考慮。基于腳本驅(qū)動(dòng)的測試方法能夠滿足聯(lián)鎖測試的通用性和特定性需求。

綜上，以灰盒測試為思想，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于腳本驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖自動(dòng)測試系統(tǒng)，如圖2所示，該測試方法在仿真環(huán)境下最大程度地保留了系統(tǒng)功能。測試終端替代了值班員的按鍵操作，向操作顯示設(shè)備和聯(lián)鎖計(jì)算機(jī)發(fā)送控制命令并分別從二者獲取監(jiān)測變量的執(zhí)行結(jié)果，操作終端直接從測試終端獲取執(zhí)行命令和結(jié)果并將預(yù)定義的目的信息顯示在界面上，如：進(jìn)路建立、道岔單操等。

圖2 自動(dòng)測試框架Fig.2 Automatic test framework

2.2 實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)的自動(dòng)測試，首先需要建立車站信息表輔助測試系統(tǒng)獲取測試目標(biāo)、測試條件并判斷測試是否滿足測試人員預(yù)期。車站信息表不僅涵蓋了傳統(tǒng)意義上聯(lián)鎖表所有的信息，還對(duì)聯(lián)鎖車站所有的聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和屬性定義，如圖3所示。

圖3 車站信息表Fig.3 Station information sheet

基于腳本驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)測試軟件定義了3層框架，如圖4所示。

圖4 基于腳本驅(qū)動(dòng)的軟件架構(gòu)Fig.4 Script-based software architecture

1）與操作終端通信及站場數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用層。應(yīng)用層由文件讀入模塊組成，定義了DefFile類，主要實(shí)現(xiàn)輸入文件的信息提取功能。輸入文件包括：通用腳本模板文件、聯(lián)鎖測試表格、車站信息表等。

2）支持單個(gè)處理操作的邏輯層。邏輯層由解析腳本模塊和腳本生成模塊組成，定義了AnaScript類和GenScript類。腳本解析模塊將通用腳本模板轉(zhuǎn)換成只適用于某一站型的執(zhí)行腳本文件；執(zhí)行腳本生成模塊將解析好的腳本文件轉(zhuǎn)換成txt文件，即測試用例，該文件可以被操作顯示設(shè)備識(shí)別。

3）實(shí)現(xiàn)具體測試案例及組合功能的接口層。接口層由腳本執(zhí)行模塊和測試記錄模塊組成，定義了ExeScript類和TestRecordDlq類。腳本執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)與操作顯示設(shè)備的通信，將邏輯層生成的測試用例逐條執(zhí)行，驗(yàn)證文件中確認(rèn)的變量是否與預(yù)期相符；測試記錄模塊實(shí)現(xiàn)測試結(jié)果的記錄和顯示。

為滿足聯(lián)鎖產(chǎn)品的通用功能性需求，自動(dòng)測試軟件定義了如表1所示的幾類功能函數(shù)，執(zhí)行時(shí)，若函數(shù)中定義的對(duì)象為數(shù)組，那么系統(tǒng)將自動(dòng)遍歷執(zhí)行該數(shù)組。測試執(zhí)行如圖5所示，測試結(jié)果參考《車站聯(lián)鎖設(shè)備維護(hù)管理辦法》 (TG/XH213-2019)以EXCEL表格形式輸出。

表 1 功能函數(shù)舉例Tab.1 Example of performance function

圖5 測試執(zhí)行步驟Fig.5 Test execution steps

腳本編寫人員應(yīng)充分考慮測試意圖，盡可能多地完善測試步驟，與人工測試步驟保持一致。基于腳本驅(qū)動(dòng)的測試方法在使用初期由資深的信號(hào)人員編寫通用測試腳本并維護(hù)，測試人員只需按需配置站場數(shù)據(jù)、接口文件后選擇測試項(xiàng)便可進(jìn)行自動(dòng)測試，大大節(jié)省了人力成本。

根據(jù)測試的類型，測試表格被分為信號(hào)機(jī)測試表、道岔測試表、列車進(jìn)路表、調(diào)車進(jìn)路表、TCC接口信息表、RBC接口信息表、CBI接口信息表等。測試人員可選取所有腳本、單個(gè)腳本或是單個(gè)腳本的某個(gè)對(duì)象來分別生成用例進(jìn)行測試。測試結(jié)果以“√、×”的形式體現(xiàn)，并可以導(dǎo)出為EXCEL為審核提供依據(jù)，如圖6所示。

3 舉例：取消進(jìn)路測試

根據(jù)《車站聯(lián)鎖設(shè)備維護(hù)管理辦法》 (TG/XH213-2019)：所有聯(lián)鎖車站都應(yīng)對(duì)所有進(jìn)路進(jìn)行取消進(jìn)路測試。測試腳本的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮取消進(jìn)路的場景和所需條件。

首先，自動(dòng)測試軟件獲取下列數(shù)據(jù)：

由車站信息表獲取如圖7所示的信號(hào)機(jī)列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路接近區(qū)段；

圖7 車站信息表-接近鎖閉信息Fig.7 Station information sheet-approach locking information

由車站信息表聯(lián)鎖表部分獲取如圖8所示的所有進(jìn)路信息：進(jìn)路類型、始端按鈕、終端按鈕、信號(hào)顯示。

圖8 車站信息表-進(jìn)路信息Fig.8 Station information sheet-route information

取消進(jìn)路測試腳本應(yīng)包括以下步驟：

辦理進(jìn)路，檢查道岔位置被搬至進(jìn)路要求位置，進(jìn)路鎖閉，信號(hào)正常開放，取消進(jìn)路，信號(hào)關(guān)閉，進(jìn)路立即解鎖—ROUTE、ZQX功能函數(shù)；

辦理進(jìn)路，在信號(hào)未開放（開放后通過擠岔或燈絲斷絲的方式使信號(hào)關(guān)閉）的情況下，占用接近軌（信號(hào)機(jī)外方的第一個(gè)區(qū)段），取消進(jìn)路，進(jìn)路立即解鎖— SET、ZQX功能函數(shù)；

辦理進(jìn)路，信號(hào)開放，占用進(jìn)路上任意區(qū)段（不含侵限區(qū)段，侵限區(qū)段在其他項(xiàng)中測試），信號(hào)關(guān)閉，執(zhí)行取消進(jìn)路操作，進(jìn)路不能解鎖— SET、ZQX、ZRJ功能函數(shù)；

辦理進(jìn)路，信號(hào)開放，占用除進(jìn)路上的區(qū)段和接近區(qū)段，執(zhí)行取消進(jìn)路操作，進(jìn)路立即解鎖—SET、ZQX功能函數(shù)。

4 結(jié)束語

通過實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，本文所述自動(dòng)測試系統(tǒng)表現(xiàn)優(yōu)良。

在中型、大型站場中測試效率顯著提升：如在某特大站場（75組道岔、834條進(jìn)路）中，所有的聯(lián)鎖關(guān)系測試共消耗約648 h人工工時(shí)，自動(dòng)測試共使用525 h，且自動(dòng)測試能夠做到24 h不間斷進(jìn)行；對(duì)重復(fù)性操作，自動(dòng)測試具有高可靠性；目前室內(nèi)基本聯(lián)鎖關(guān)系自動(dòng)測試能夠涵蓋《車站聯(lián)鎖設(shè)備維護(hù)管理辦法》基本聯(lián)鎖的98.5%，與實(shí)際測試情況高度匹配。

綜上所述，該自動(dòng)測試軟件能夠提升計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖測試效率，保障聯(lián)鎖測試的可靠性。