列控车载设备自动测试系统的设计及实现

宋志丹 易海旺 郑一祥 汪 洋

列控车载设备自动测试系统的设计及实现

宋志丹 易海旺 郑一祥 汪 洋

摘 要：针对列控车载设备的检测维修保障的迫切需求，基于VXI总线技术设计列控车载设备自动测试系统的结构及软硬件，集成多种仪器仪表，整合实验室测试设备，建立一个自动测试软件开发平台，完成对多类型被测对象的测试、分析与诊断，实现车载设备板卡自动化功能、性能和集成测试。

关键词：列控车载设备;VXI总线;自动测试系统

宋志丹：中国铁道科学研究院通信信号研究所 科研与安全管理部 助理研究员

易海旺：中国铁道科学研究院通信信号研究所 列车运行自动控制事业部 助理研究员

郑一祥：中国铁道科学研究院通信信号研究所 列车运行自动控制事业部 副研究员

汪 洋：中国铁道科学研究院通信信号研究所 列车运行自动控制事业部 助理研究员

列控车载设备是保证列车运行安全、提高运输效率的重要装备，其关键模块需满足SIL4级的要求。针对车载设备测试方法单一、诊断效率低、故障隔离率低、工作量大、测试误差大、工装多且杂等缺点，利用计算机技术，集成仪器仪表开发自动测试平台实现设备流程化、批量化、高精度测试。自动测试软件平台的趋势是通用化、系列化和标准化，使用现代软件平台构建的测试系统具有模块化、层次化和易升级的特点，可以灵活配置测试资源，进行系统功能重构，实现不同被测对象的测试需求。

1 系统结构

自动测试系统 (ATS)是指采用计算机控制能实现自动测试的系统，也就是对那些能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出结果的一类系统的统称，其核心技术是对系统中可程控设备的控制。

测试系统软件平台是与被测对象及其测试设备密切相关的软件体系，软件平台由测试程序集(TPS)、TPS开发工具和测试资源库三部分组成。图1为针对测试需求而设计的系统软件功能模块的结构图。

图1 系统软件功能结构图

2 系统工作流程

在测试过程中，操作人员通过人机交互界面可打开软件的各个功能面板，可进行设备的管理、测试流程逻辑与参数配置的管理等操作。开发测试任务时，根据需要启动“测试任务编辑模块”，编辑制定测试有关的型号、阶段、配置、项目信息，然后选定本次测试任务的硬件设备，使设备与任务绑定，并对设备参数进行配置。测试信息配置完成后，保存到本地数据库的配置库中。测试信息任务编辑后，启动测试执行控制模块，开始测试执行任务。该模块启动后，可以加载已建立的测试任务，解析其中的测试信息，将有效指令传输给测试执行驱动引擎，该引擎根据测试树和各项测试信息来驱动硬件动作，实现测试工作，并同步的将测试结果显示出来，测试工作完成后将结果保存到本地数据库的结果库中。系统测试工作流程如图2所示。

3 系统设计及接口

3.1 设备管理模块

设备管理模块是测试系统硬件设备设置管理的操作接口，可对车载设备测试系统的硬件资源进行集中管理，其输入主要是设备管理配置信息，输出为设备设置信息及设备的自检情况信息。该模块的主要外部接口是硬件驱动接口及数据库接口。设备管理工作分为设备管理和系统自检2个部分。

3.2 TPS开发平台

测试流程逻辑与参数配置模块是测量系统软件的设计操作入口，可对各种型号、各类测试任务进行配置和编辑，该软件的输入信息是测试任务信息，输出内容为可指导测试执行软件模块工作的配置信息。用户根据列车系统车载设备测试案例要求，可预先配置好对应各种型号及拟定环境的测试任务。执行特定测试时，只要将其对应的测试任务加载到系统即可迅速启动测试。

3.3 测试执行模块

测试执行软件是测量系统软件的核心执行机构，其输入信息主要来自“测试流程逻辑与参数配置模块”的测试信息，输出信息为测试结果或过程提示信息等内容。该软件外部接口主要有数据库接口、硬件驱动接口和网络接口。

按照模块化的设计思路，将测试执行控制逻辑与测试执行指令分离开，控制程序分为执行控制模块和执行驱动引擎，将测试控制过程设计成一个“执行控制模块”调用“执行驱动引擎”，以及远程调用“通信协议解析模块”控制调度“执行驱动引擎”的双路工作模式。

测试执行模块的功能逻辑如图3所示。

3.4 数据管理与报表生成模块

图2 系统测试工作流程

图3 测试执行模块功能逻辑图

数据管理与报表生成模块是测试系统的主要信息管理接口，可对测试系统的测试信息、测试结果集中进行管理，管理对象主要是本地数据库。另外，列控系统车载设备被测单元的测试结果评判标准存储在本地数据库，报表生成模块依据预先存储数据执行测试结果的自动统计分析。测试结果以报表形式输出。

另外，数据管理操作也可以独立于报表生成而单独进行，用于日常维护分析。根据具体应用条件和需求，将模块设计成数据检索、数据处理和报表生成3个子功能单元。

3.5 数据库设计方案

本地数据库存储本地测试任务信息、资源信息及测试结果等内容，在设计时针对每种需求信息分类，设计成以下3个单独数据库：

1．测试任务库：保存有关测试型号、测试阶段、测试配置、测试项目的所有信息，包括ID、名称、在测试树中的位置、相关仪器的配置信息、开关动作、被测信号的理论范围和类型等，该库是进行测试执行的基础。

2．设备配置库：保存系统的硬件描述信息，是设备管理操作及测试执行过程需要调用的信息。

3．测试结果库：保存每一次测试任务的执行信息和相应的结果信息，包括任务ID、相应的执行ID、操作员信息、测试目标信息、测试时间及结果数据的相应的路径等。结果库中保存了测试数据文件的路径，包括配置文件和波形文件。每个配置文件对应一个完整的测试任务，保存此测试任务的所有信息。而波形文件存放进行波形测量的测试项目的波形数据。

4 测试

根据系统软件测试计划，对自主研发的列控系统车载设备样机进行相关功能和性能测试，测试内容包括轨道电路信息接收 (CFSK)模块、测速测距 (CODO)模块、车载应答器传输模块 (BTM)、列控接口模块，以及列控系统车载设备整机功能和性能。将待测产品与系统适配器连接，上电并启动测试系统软件，待系统自检通过后，根据测试案例，编制测试任务，进行产品检测和诊断分析。

功能测试：每一次测试任务执行后，弹出检测结果;如出现异常，生成声音报警提示;30s内无暂停测试时继续执行，如有暂停测试进行“故障诊断”;结束暂停后，继续测试任务运行，直到功能测试任务结束。测试任务结束后，提供测试统计分析报告。

性能测试：对于列车系统车载设备性能检测有多项指标，依据列控系统车载设备性能指标，如轨道电路灵敏度、速度信号脉冲频率、应答器传输频率及接收比特率，进行性能指标检测。测试任务结束后，提供测试统计分析报告。

根据检测需要，自动测试系统可内嵌测试结果专家系统，对于功能测试和性能检测过程可能遇到的各种情况，进行故障描述及可能出现的故障原因，并提供相应的参考维修信息。

测试案例如下所示。

测试步骤：

1.CFSK板上电正常;期望结果：电源指示灯显示、无码显示都正常。

2.测试平台TPS开发，发生一个FSK信号0Hz码，幅值为0的信号;期望结果：CFSK板显示无码。

3.运行一个自动步进 (1.4Hz)增加频率，直到增加到最小低频值，等待循环，继续运行一个自动步进 (1 mV)增加幅值的测试脚本段，当RS-232接收到正常，中断等待;期望结果：CFSK板显示正常码，且测试TPS界面显示上码的幅值。

4.运行一个自动步进 (1 mV)减少幅值的测试脚本段，当RS-232接收到无码，中断等待;期望结果：CFSK板显示无码，且测试TPS界面显示掉码的幅值。

5.运行一个自动步进 (1.4Hz)增加频率、幅值为0的测试脚本段，当频率变化到符合ZPW-2000有效频率值，中断等待增加频率;期望结果：CFSK板显示无码，且测试TPS界面显示掉码的幅值。

6.重复运行3、4测试脚本段，直到 ZPW-2000所有低频都测试到有效，中止频率低频循环脚本，进入载频循环，继续重复运行2、3、4、5项测试脚本段;期望结果：CFSK板显示正常码，且测试TPS界面显示上码或掉码的幅值。

7.上述测试项结束，进入制式改变测试项，进入移频信息测试，重复2、3、4、5(步进为1.4Hz)、6项测试;期望结果：CFSK板显示正常码，且测试TPS界面显示上码或掉码的幅值。

测试结果：测试结果正确，并自动生成测试报告 (包括模拟信号、译码结果)。

5 人机交互界面

人机交互界面提供各配置文件编辑工具，各功能配置文件操作简便、配置项管理简单。软件各功能监视信息全面、详细，各功能操作直观方便，易于使用。

提供软件的实时在线帮助，帮助信息内容全面，涵盖软件各功能中所采用的模块说明、配置描述、操作命令、操作方法说明等详细信息。

所有为操作监视人员提供的人机界面均使用图形界面实现，提供按钮、菜单等方式完成基本操作;操作命令及参数有明确的定义，操作次数合理，有充分的帮助信息可用;提供错误检测和多次确认功能防止操作员的误操作。操作流程界面如图4、图5所示。

6 结束语

本系统结合数字电路板、模拟电路板及数模混合电路板的测试诊断需求，形成了具有图形化操作环境、支持扩展算法库特点的电路板故障诊断开发与运行平台，实现了多种电路板检测监视、故障分析、性能评估等功能。根据应用实例，对列控系统车载设备进行测试需求分析，结合实验室测试设备，搭建自动测试系统，对系统的结构、软件、接口进行设计，进而对车载设备关键模块 CFSK、BTM、测速测距等进行测试，实现了模块批量生产的自动测试应用。为批量生产减轻了工作量，大量节约成本，该产品具有良好的市场前景。

［1］中华人民共和国铁道部．运基信号［2005］224号．既有线CTCS－2级区段应答器报文定义及应用规则［M］．2005．

［2］中华人民共和国铁道部．科技运［2010］136号．CTCS－2级列控系统应答器应用原则(V2．0)［M］．2010．

［3］中华人民共和国铁道部．科技运［2004］14号．CTCS技术规范总则(暂行)［M］．2004．

［4］中华人民共和国铁道部．科技运［2008］36号．客运专线铁路信号产品暂行技术条件－列控系统车载设备［M］．2008．

［5］范勇，兰景英，李绘卓．软件测试技术［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2009．11．

［6］郁莲．软件测试方法与实践［M］．北京：清华大学出版社，2008．11．

Abstract:Urgent needs of security for the train control system testing and maintenance to vehicle equipment，the paper describes the system structure of the train control system on-board equipment automated testing system，the main function of software and hardware design，integration of a variety of instrumentation and integration of laboratory testing equipment，based on VXI bus technology;establishes an automatic test software development platform for testing，analysis and diagnostic to multi-object to be measured，completes the testing to automation function，performance and integration for train control system vehicle equipment on board-level．

Key words:Train control system on-board equipment;VXI bus;Automated testing system

铁科院院基金项目 (1151GC4503)

2013-01-21

(责任编辑：诸 红)