计算机联锁软件测试与安全性评价研究

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面显示10000个采样点，第二个画面从10001显示下面的10000个采样数据，依次类推，完成所有采样点的绘制。多路信号的识别算法与曲线的绘制如图6。模拟信号和数字信号的区别是通过不同颜色来区分的。3.系统试验示波器采样图形如图7，分析软件恢复图形如图8。从以上两图可以看出，分析软件恢复出了正确的图形。图9中信号负压部分被削去。这是信号调理电路作用的结果。同时，由于毫米波探测器非常灵敏，其低噪在不同外部环境中变化较大，且在飞行阶段不易有示波器检测。因此两个图中的低噪存在一定差异。数据记录仪在实际应用中取得了好的效果，对于获取有效的试验数据，分析试验结果起到了很好的作用。参考文献[1]王和平,等编著.TMS320LF240X DSP C语言开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.1.[2]范逸之,陈立元,孙德萱,程正孚.利用Visual Basic实现串并行通信技术[M].北京:清华大学出版社,2001.3.作者简介：吴德平（1977—），男，湖北钟祥人，南京理工大学硕士研究生，研究方向：信号检测与处理。计算机联锁软件测试方法研究兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室 韩海玲【摘要】安全是铁路运输生产永恒的主题，联锁软件是保障铁路车站列车或机车作业安全的关键软件，而高效、充分的测试对于保证其安全性具有举足轻重的作用。文章描述了被测联锁系统的体系结构以及自动测试系统的设计，采用了基于灰盒测试方法来完成对计算机联锁系统各部分软件的功能与性能测试。【关键词】计算机联锁；黑盒测试；白盒测试；灰盒测试Research on Testing Method on Computer Interlocking Software Abstract：Safety is crucial for railway transportation and production，and interlocking software is t he key software to ensure the safety of train and loco motive operation in railway station，so the high effi cient and suffi cient test on the software is of considerable signifi cance for ensuring the safety.This paper introduces the tested interlocking system’s architecture and the design of auto- matic test system.Then it takes gray box testing met hod to conduct t he f unction and performance test on t he various parts of the computer interlocking system software.Key words：computer interlock；black box test；white box test；gray box test1.引言铁路是大容量和大众化的交通运输工具安全运输是铁路追求的目标通常所说的“安全第一”表明安全在铁路中的地位。“故障一安全(Fail一Safe)”理念的技术化也源于铁路。在这些系统中不光要能保证系统在正常情况下的安全运行，同时还必须考虑系统在出现某些不正常的情况下，如何避免出现危及人身安全或大宗财物损失的事故或减少事故的损失。目前，在铁路运输系统中，计算机联锁系统已经得到了广泛的应用，与以前的继电联锁相比，计算机联锁系统是用软件实现原来由继电逻辑完成的信号设备之间的联锁关系。然而对软件可靠性的研究和应用，并不像硬件那样成熟，在计算机联锁系统中，联锁软件是执行联锁运算的核心机构，它的失效有可能导致列车的相撞或颠覆等重大事故，因此，如何保障联锁软件的可靠性也成了开发计算机联锁软件系统的一项重要课题。2.计算机联锁系统结构(1)人机对话层。该层将来自键盘、鼠标等的操作输入，送达联锁微机。运用一机多屏技术在多台图形显示器上显示整个站场的表示信息，同时也可以将站场的动态信息和微机联锁系统的文字信息通过在控制室增设的动态模拟屏和LED显示屏上显示出来，以方便信号员观察。此层预留多种接口，方便系统功能扩容。(2)联锁运算层。联锁微机是系统的核心部分，通过其上运行的联锁软件实现操作输入的判别、联锁信号分析、逻辑运算、控制命令生成及故障诊断等主要任务。本系统中设置了2台联锁微机，其中一台为热备机，通过共享器切换。联锁运算控制模块的主要功能有：排列进路、列车进路正常解锁、调车进路正常解锁、调车进路中途折返解锁、取消进路、人工解锁、人工关闭信号、重复开放信号、办理引导锁闭、引导解锁、取消误操作信息、单独操纵道岔、进路故障解锁、区段故障解锁、道岔单独锁闭和道岔单独解锁(如图1)。(3)执行层。主要完成控制命令的输出和表示信息的输入。3.联锁软件自动化测试方法 3.1 黑盒测试技术黑盒测试、白盒测试和灰盒测试是很广泛使用的三类测试方法。黑盒测试又称功能测试，数据驱动测试或基于规格说明的测试。用这种方法进行图1 联锁软件层次结构图-11-/2012.09/探索与观察》》测试时，被测程序被当作打不开的黑盒，因而无法了解其内部构造。在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，测试者只知道该程序输入和输出之间的关系或是程序的功能如图2所示。它必须依靠能够反映这一关系和程序功能的需求规格说明书考虑确定测试用例，并且推断测试结果的正确性，即所依据的只能是程序的外部特性。黑盒测试(如图2)方法能够站在用户立场上进行测试，容易发现以下类型的错误：功能不对或遗漏、界面错误、数据结构或外部数据库访问错误、性能错误、初始化和终止错误等。但黑盒测试方法有如下主要缺点：①依赖软件需求规格说明书的正确性。但我们并不能保证软件需求规格说明书是完全正确的。比如，在软件需求规格说明书中规定了多余的功能，或是漏掉了某些功能，这对于黑盒测试来说是完全无能为力的。②无法测试程序内部特定部位。3.2 白盒测试技术白盒测试又称结构测试、逻辑驱动测试或基于程序的测试。采用这一测试方法，测试者可以看到被测试的源程序，可分析程序的内部构造并且根据内部构造设计测试用例。白盒测试全面了解程序内部逻辑结构、对所有逻辑路径进行测试，它是穷举路径测试。在使用这一方案时，测试者必须检查程序的内部结构，从检查程序的逻辑着手，得出测试数据。它的主要优点是：①能够对程序内部特定部位进行覆盖测试；②能发现以下类型的错误：程序内部控制结构不正确、程序内部数据结构不正确。白盒测试的主要缺点是：①只着眼于程序内部结构，对于在软件需求规格说明书中已有明确规定，但在软件实现时被遗漏的功能，无法检查出来；②无法检验程序的外部特性。3.3 灰盒测试技术灰盒测试也称作灰盒分析，是基于对程序内部细节有限认知上的软件调试方法。测试者可能知道系统组件之间是如何互相作用的，但缺乏对内部程序功能和运作的详细了解。对于内部过程，灰盒测试把程序看作一个必须从外面进行分析的黑盒。由以上定义可以看出：黑盒测试是以用户的观点，从输入数据与输出数据的对应关系出发进行测试的，也就是根据程序的外部特性进行的测试，完全不涉及程序的内部结构很明显，如果外部特性本身有问题或规格说明的规定有误，用黑盒测试方法发现不了。另一方面白盒测试完全与之相反，它只根据程序的内部结构进行测试，而不考虑外部特性。如果程序结构本身有问题，如程序逻辑有错误，或是有遗漏，那是无法发现的。鉴于此，本测试系统选择将2种方法结合起来进行测试，即灰盒测试。4.灰盒测试流程基于灰盒测试的流程图如图3所示。该流程图可分为如下几个环节(1)根据站场基础数据和测试案例生成录入模块生成的站场静态数据，自动测试程序加载这些数据作为人工操作模拟的依据。(2)根据站场静态数据，模拟人工操作。该部分进行的测试内容包括：①道岔联锁测试，在此需要按照道岔在道岔设备表中的顺序依次自动生成并加载道岔的测试案例进行自动测试。道岔的测试项目内容包括：道岔单锁、道岔单解、道岔区段锁和道岔引导总锁。根据道岔的测试项目内容分别进行判定评估，每一个测试项目都有一个判定评估结果记录，存储在文本文件中。②基本进路测试，在此需要按照进路在联锁表中的顺序依次对每一条进路进行相关测试项目的测试，自动生成并加载进路的测试案例进行自动测试。根据基本进路的测试项目内容分别进行判定评估，每一个测试项目都有一个判定评估结果记录，存储在文本文件中。

计算机联锁软件测试方法研究

【摘要】安全是铁路运输生产永恒的主题，联锁软件是保障铁路车站列车或机车作业安全的关键软件，而高效、充分的测试对于保证其安全性具有举足轻重的作用。文章描述了被测联锁系统的体系结构以及自动测试系统的设计，采用了基于灰盒测试方法来完成对计算机联锁系统各部分软件的功能与性能测试。

【关键词】计算机联锁；黑盒测试；白盒测试；灰盒测试

Research on Testing Method on Computer Interlocking Software

Abstract：Safety is crucial for railway transportation and production，and

interlocking software is t he key software to ensure the safety of train and loco motive

operation in railway station，so the high efficient and sufficient test on the software is

of considerable significance for ensuring the safety.This paper introduces the tested

interlocking system’s architecture and the design of auto- matic test system.Then it

takes gray box testing met hod to conduct t he f unction and performance test on t he

various parts of the computer interlocking system software.

Key words：computer interlock；black box test；white box test；gray box test

成铁科技２０１２年第２期　铁路计算机联锁软件安全性测试评估系统　梁　华　梁华：达州建设指挥部工程师路电：０６３—８５５１６　摘要本文采取黑盒测试方法，利用形式化故障树表示技术对铁路联锁软件的安全性需求　进行了分析，生成测试用例集，最后，建立了计算机联锁软件安全性测试评估自动化测试平台，　使联锁软件安全性得到了保证。　关键词　计算机联锁形式化故障树测试案例　测试用例　１前言　铁路计算机联锁软件是一种典型的安全性苛求　软件。如何保障这些软件的质量，尤其是安全性，　防止灾难事故的出现，已成为一个刻不容缓的研究　课题。　软件测试分为白盒测试和黑盒测试。其中白盒　测试是针对软件内部逻辑的测试，它要求对软件的　某些结构特性做到一定的覆盖，是“基于覆盖”的　一种测试。典型的逻辑覆盖有：语句覆盖、分支覆　盖、条件覆盖和路径覆盖等。然而，目前我国有多　家计算机联锁系统的研制单位，其研制的计算机联　锁系统，无论是硬件结构，还是软件结构、使用编　程语言等均各不相同。同时，市场竞争激烈，商家　考虑知识权益，为了防止伪造，均在一定程度上采取　加密措施，因此，联锁软件是一个黑盒。黑盒测试是　基于软件需求规格说明的功能性测试，它是通过对　软件的需求规格说明书的层层分解来划分输入空　间，然后生成相应的测试用例来对软件进行测试的。　对于安全软件而言，需要研究安全性需求的故障树　形式化表达技术，并在此基础上，通过搜索故障树自　动生成能够验证这些安全性需求的测试用例集。　２测试用例自动生成技术　功能测试用例自动生成技术的研究大都是围绕　着基于形式化的需求规格说明书如何有效地生成满　足测试准则的测试用例集来展开的，在这里我采用　了故障树形式化表达技术。　故障树分析技术主要用于分析大型复杂系统的　可靠性及安全性，不仅可以用来表达软件安全性需　求，而且也可以用来检测软件的逻辑错误，识别可能　导致危险的多种失效模式，进而指导测试用例的选　择。它在系统设计过程中，通过对可能造成系统失　效的各种因素进行分析演绎，画出自顶向下的逻辑　框图，是用以确定系统失效原因的一种解析方法。　用故障树分析技术对系统进行安全性分析时，　首先把最不希望出现的灾难性失败状态作为分析的　目标，称我故障树的顶事件。通过顶事件的因果关　系分析得到其可能的原因，并对必要的前提条件在　树的下一层用与门或者或门进行描述，然后分别将　各种可能的原因作为下一层子故障树的根节点并重　复上述演绎的步骤，如此反复下去，一直可以分析　到最基本的原因节点一一叶节点。例如，列车或车　列撞车事故故障可以用图１表示。　臣巫　［二］　匹　习ｌ　，Ｊ【ｍ　圊　ｔ２　巨　ｒ　］ｒ！Ｌ＿一　Ｌ　Ｊ　ｒ　Ｏ…ｖｅｒｌａ…ｐ　ｍ—ｕｔｅ一（ｉｎ　ｒ：ｊ叵　Ｉ！　！！　：ｔ！　竺　ｌ竺＝：竺！：！竺！！竺　！　竺：　！ｔ　！　ｊ　广、　ｒ‘１　ＩＪ　Ｌ．．．Ｊ　＝＝＝＝＝　＿＿　ｒ　ｉ　．　．ｎｔ　１　区三互壶　ｉｉ莓＿＿｝ｆ　面叠　习Ｌ　ｆ…Ｅ￣…Ｉｔｏ一（一ｔｔ￣，ｓｓｌ，一ｉ—）Ｉ　ｌ［￣一ｏ～　Ｅｍｉｒ　ｐｏｉｎｔ　ｔｐｏ　ｉｏｌｌｏｋ　［￣ｏｒ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ。　；　：　：　１｛　【ｌ　｛‘ｍ　ｓＬ　ｌ¨ｔＩｕｋ｝Ｉ　图１　列车或车列撞车事故故障树　・２７・

轨道交通计算机联锁系统的可用性与可靠性分析与评估

随着城市化进程的不断发展，轨道交通被越来越多地应用于城市交通系统中。而作为轨道交通系统的核心组成部分之一，计算机联锁系统被广泛应用于确保轨道交通运行的安全和高效。本文将对轨道交通计算机联锁系统的可用性与可靠性进行分析与评估。

1. 可用性分析与评估

可用性是指系统能够按照既定要求和条件，以满足某一目标的程度。对于轨道交通计算机联锁系统来说，可用性的提高可以有效减少故障和事故的发生，确保轨道交通系统安全运行。以下是对轨道交通计算机联锁系统可用性进行分析与评估的关键点：

1.1 系统的稳定性与持久性

轨道交通计算机联锁系统需要满足24小时不间断运行的要求，因此系统的稳定性和持久性是评估可用性的重要指标。系统应具备防止意外宕机、系统崩溃或停电等不可预测事件的能力，保证系统长时间的稳定运行。

1.2 故障检测与排除能力

轨道交通计算机联锁系统应具备良好的故障检测与排除能力。系统应能够自动检测并识别潜在故障，并采取相应的措施进行排除，避免故障扩散和影响系统的正常运行。此外，系统还应具备故障自愈能力，即在发生故障时能自动切换到备份系统，保证系统的连续性。

1.3 用户界面友好性与易用性 轨道交通计算机联锁系统应具备用户界面友好性与易用性，操作人员应能够迅速理解并掌握系统的功能和操作流程。系统应提供清晰、简洁的界面设计，同时配备适当的提示和帮助功能，便于操作人员快速、准确地完成各项任务。

2. 可靠性分析与评估

可靠性是指系统在规定时间内以规定要求正常工作的能力。对于轨道交通计算机联锁系统来说，可靠性的提高可以有效减少系统故障和延误，确保轨道交通的高效运行。以下是对轨道交通计算机联锁系统可靠性进行分析与评估的关键点：

2.1 硬件设备的可靠性

轨道交通计算机联锁系统的可靠性与其所使用的硬件设备密切相关。硬件设备应选择具有高可靠性的产品，并定期进行维护和检修，确保其正常工作。此外，还应具备备用设备以备不时之需，确保在出现故障时能够快速替换并恢复系统运行。