列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台技术方案

本发明专利技术涉及轨道交通领域，具体为列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，包括建模子系统用于构建列车运行控制系统基础信号模型库和具体待测功能模型；测试路径生成子系统通过图覆盖算法生成测试路径；组合覆盖子系统在测试路径基础上对边场景变量进行组合，生成测试用例；通信接口子系统向被测设备发生测试用例数据，并采集被测设备的输出数据；测试结果分析子系统对测试过程中的数据进行分析，生成测试结果报告；数据管理子系统集中管理测试平台运行时必须的数据和文件。针对列车运行控制系统安全关键软件，本发明专利技术可以有效、全面的覆盖测试场景，提高测试效率，降低测试成本。

Automatic test platform for safety critical software of train operation control system

The present invention relates to the field of rail transportation, the specific critical software for train control system security automatic testing platform, including the model of train operation control system used to build basic signal model base system and specific test function model; test path generation subsystem test path generation algorithm through the cover graph covering; combined coverage subsystem for the combination of the edge of the scene based on the variable test path, test case generation subsystem; communication interface to the device under test test case data, and output data acquisition equipment to be tested; the test results analysis system to analyze the test data from the report generating test results; centralized management must test platform operation data management subsystem the data and documents. Aiming at the safety critical software of train operation control system, the invention can effectively and comprehensively cover the testing scene, improve the testing efficiency and reduce the test cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道交通领域，具体为列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台。
技术介绍
列车运行控制系统，简称列控系统，是保障列车在高速度、高密度的环境下安全运行、提高运输效率的重要部分。现代列控系统已经从轨道电路、机车信号等设备的简单组合，逐渐向功能完善、层次分明、集运行控制及自动驾驶为一体的综合自动化系统方向发展。在此过程中，软件被大量的应用在列控系统中，而且越来越多的安全相关功能由硬件移植到软件，使得列控系统软件成为“安全关键软件”。列控系统安全关键软件已经参与到列控系统的决策、控制及管理，而且软件执行的功能越来越多，复杂度也越来越高，软件遗漏需求、逻辑错误等均可能造成人员伤亡，重大财产损失及环境破坏等灾难性后果。列控系统安全关键软件必须经过全面、严格的测试，明确软件在各种场景下均不会导向危险。测试平台是保证软件测试质量、提高测试效率和管理测试过程的关键技术。目前，列控系统安全关键软件的测试平台主要是仿真平台，通过模拟软件可能的场景进行测试，没有专门针对列控系统安全关键软件的自动软件测试平台。仿真平台的测试用例主要来自相关工程和专家的经验，工程的差异性和专家的人因不确定性都可能影响测试用例的质量，存在测试需求遗漏，测试不全面，测试需求重复等问题，导致列控系统安全关键软件存在安全隐患。同时，列控系统安全关键软件测试是一个复杂的过程，仿真平台的测试用例维护、测试过程管理、测试结果记录及结果分析都需要大量的人工参与。采用成熟的算法自动生成全面的测试用例，自动管理和分析测试结果的测试平台对提高列控系统安全关键软件的测试质量、效率和降低测试成本具有重要意义。目前，列控系统软件测试平台主要是根据列控软件的功能及特点，分析软件与人员、其他系统或设备的交互，提取软件的输入、输出，搭建仿真平台，借助相关工程和专家的经验，模拟软件可能的各种场景，观察软件在这些场景下运行是否正常，同时人工记录和分析测试结果，达到测试的目的。该技术的缺点：(1)仿真平台存在不容易实体表现的抽象场景，如道岔转换过程中，容易遗漏测试场景。(2)仿真平台的测试用例依赖相关项目和专家的经验，项目的差异性和专家的主观性导致难以保证测试用例的合理性，仿真场景可能存在重复、遗漏或错误，部分安全场景难以覆盖，为列车运行控制系统的运营埋下安全隐患；(3)仿真平台成本高，测试用例的维护和更新、测试结果的记录和分析等都依赖人工，难以防止人因失误，同时测试效率较低。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一套完整的列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，覆盖列车运行控制系统安全关键软件从需求分析、测试用例自动生成、自动测试、自动记录和分析测试结果的全过程。具体技术方案为：列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，包括建模子系统、测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、测试结果分析子系统、通信接口子系统和数据管理子系统。所述建模子系统完成列车运行控制系统安全关键软件功能需求建模，具有列车运行控制系统的标准化的功能模型库，针对具体功能进行测试时可通过功能模型库的模型单元快速建立软件系统的功能模型。所述测试路径生成子系统将建模子系统生成的状态图模型转换为有向图模型，通过广度优先搜索、前缀图匹配等算法，生成符合覆盖准则的测试路径。所述组合覆盖子系统采用组合测试思想，分析每条路径的边的可能的测试场景集，根据路径中边之间的顺序关系进行组合覆盖，得到测试用例，并将测试用例转化为XML测试脚本文件，存储到数据管理子系统。所述通信接口子系统是平台与待测系统交互的关键，该子系统集成测试过程中需要与待测对象进行通信的设备，并通过统一的接口设备实现各个接口数据的发送和采集，将测试数据存储到数据管理子系统。所述测试结果分析子系统比较测试过程中通信接口子系统发送的测试用例和接收到的被测设备的测试用例执行结果，，自动分析测试结果，生成测试结果报告。所述数据管理子系统包含数据库和文件管理系统。其中数据库存储测试用例、环境数据以及实测过程中与待测系统交互的数据。文件管理系统存储列车运行控制系统基础信号组件的基础功能模型、测试路径XML文件、测试用例序列XML脚本文件和测试结果报告文件。测试路径生成子系统与组合覆盖子系统，组合覆盖子系统与通信接口子系统，通信接口子系统与测试结果分析子系统之间均存在单向通信，前一子系统工作完成后向后续子系统发送信号，触发后续子系统工作，从而使得从测试路径生成至测试结果分析的整个流程可自动进行。建模子系统采用SCADE(SafetyCriticalApplicationDevelopmentEnvironment)对待测对象进行模型构建。测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、通信接口子系统可在数据管理子系统的支持下独立运行，通过从数据管理子系统获取历史数据，上述子系统可针对特定数据生成相应的子系统运算结果。本专利技术提供的列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，建立列车运行控制系统基础信号模型库，提高建模的准确度和效率；根据列车运行控制系统需求和功能模型库形式化地描述列车运行控制系统安全关键软件的需求，利用仿真和模型检测方法验证模型的安全性和活性，保障模型的正确性；利用广度优先搜索、前缀图匹配等算法，生成符合覆盖准则的测试路径，结合组合覆盖生成列车运行控制系统安全关键软件的测试用例，具有测试用例覆盖全面、不重复、不遗漏，包含异常测试场景和小概率场景的特点；测试序列自动生成与自动注入，并自动完成分析和统计测试结果，提高测试质量和效率，同时降低测试成本。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的建模子系统结构示意图；图3是本专利技术的测试路径生成子系统结构示意图；图4是本专利技术的组合覆盖子系统结构示意图。具体实施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术为列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，包括建模子系统、测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、通信接口子系统、测试结果分析子系统和数据管理子系统，如图1所示。系统间各个子系统通过标准串口或高速以太网连接，其中建模子系统用于构建待测安全关键软件的功能需求模型，并对模型进行仿真和验证，保证模型的安全性和准确性。建模子系统通过接口A与测试路径生成子系统进行通信，将建模子系统的模型信息和模型修改信息。测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、通信接口子系统、测试结果分析子系统分别通过接口D、E、F、G与数据管理子系统进行通信，从数据管理子系统中提取各个子系统操作所需数据。测试路径生成子系统通过接口A获取建模子系统的模型文件或更新的模型文件。通过接口B将生成的测试路径发送给组合覆盖子系统，组合覆盖子系统根据测试路径和路径的边代表的测试场景集自动生成测试用例。组合覆盖子系统通过接口C向通信接口子系统发生测试用例生成结束信息，通信接口子系统对待测系统自动测试。通信接口子系统通过接口H向测试结果分析子系统发送测试完成消息，测试结果分析子系统自动分析测试用例的执行情况。该系统的一般工作过程是。建模子系统完成列车运行控制系统安全关键软件需求建模。首先根据《CTCS-3级列控系统系统需求规范(SRS)》和《CTCS-3级列控系统总体技术方案》等需求规范，利用建模子系统采用SCADE建立列车运行控制系统基础信号组件的基础功能模型库。然后，利用基础功能模本文档来自技高网...

【技术保护点】
列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，其特征在于，包括建模子系统、测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、测试结果分析子系统、通信接口子系统和数据管理子系统；所述建模子系统完成列车运行控制系统安全关键软件功能需求建模，具有列车运行控制系统的标准化的功能模型库，针对具体功能进行测试时可通过功能模型库的模型单元快速建立软件系统的功能模型；所述测试路径生成子系统将建模子系统生成的状态图模型转换为有向图模型，通过广度优先搜索、前缀图匹配等算法，生成符合覆盖准则的测试路径；所述组合覆盖子系统采用组合测试思想，分析每条路径的边的可能的测试场景集，根据路径中边之间的顺序关系进行组合覆盖，得到测试用例，并将测试用例转化为XML测试脚本文件，存储到数据管理子系统；所述通信接口子系统是平台与待测系统交互的关键，该子系统集成测试过程中需要与待测对象进行通信的设备，并通过统一的接口设备实现各个接口数据的发送和采集，将测试数据存储到数据管理子系统；所述测试结果分析子系统比较测试过程中通信接口子系统发送的测试用例和接收到的被测设备的测试用例执行结果，自动分析测试结果，生成测试结果报告；所述数据管理子系统包含数据库和文件管理系统。其中数据库存储测试用例、环境数据以及实测过程中与待测系统交互的数据。文件管理系统存储列车运行控制系统基础信号组件的基础功能模型、测试路径XML文件、测试用例序列XML脚本文件和测试结果报告文件。...

【技术特征摘要】
1.列车运行控制系统安全关键软件自动测试平台，其特征在于，包括建模子系统、测试路径生成子系统、组合覆盖子系统、测试结果分析子系统、通信接口子系统和数据管理子系统；所述建模子系统完成列车运行控制系统安全关键软件功能需求建模，具有列车运行控制系统的标准化的功能模型库，针对具体功能进行测试时可通过功能模型库的模型单元快速建立软件系统的功能模型；所述测试路径生成子系统将建模子系统生成的状态图模型转换为有向图模型，通过广度优先搜索、前缀图匹配等算法，生成符合覆盖准则的测试路径；所述组合覆盖子系统采用组合测试思想，分析每条路径的边的可能的测试场景集，根据路径中边之间的顺序关系进行组合覆盖，得到测试用例，并将测试用例转化为XML测试脚本文件，存储到数据管理子系统；所述通信接口子系统是平台与待测系统交互的关键，该子系统集成测试过程中需要与待测对象进行通信的设备，并通过统一的接口设备实现各个接口数据的发送和采集，将测试数据存储到数据管理子系统；所述测试结果分析子系统比较测试过程中通信接口子系统发送的测试用例和接收到的被测设备的测试用例执行结果，自动分析测试结果，生成测试结果报告；所述数据管理子系统包含数据库和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭进，李楠，张亚东，史增树，李耀，饶畅，曹雅鑫，杨武东，
申请(专利权)人：中国铁路总公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11