列控中心仿真测试系统的研究及应用

余云飞（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 概述

随着我国铁路客运专线建设事业的快速发展，客运专线列控中心应用软件的生产需求逐年增大。相比于既有线列控中心，客专列控中心功能庞大，外部接口多，接口形式复杂，且实验室列控中心系统目标平台数量有限，无可视化运行状态显示功能，其外部接口设备诸如轨道电路移频柜、LEU-应答器设备等，占地面积大，安装条件不具备，在实验室搭建由真实列控中心设备和外部接口设备（或部分外部模拟设备）构成的客专列控中心测试环境难度很大，且搭建效率和使用质量皆无法满足日益增加的列控中心软件开发及测试需求。因此，一个功能结构完整、配置灵活、搭建及使用简洁高效，可大面积部署的仿真测试系统对于缓解日益扩大的生产与研发及测试间的矛盾将会起到积极的推动作用。

列控中心仿真测试系统（简称TCCT）是针对CTCS-2级客运专线列控中心接口开发的基于PC及W in d ow s操作系统的列控中心软件调试及测试平台，通过实现列控中心对外通信接口单元仿真和外部通信设备逻辑仿真，以及列控中心主机单元设备的仿真，为列控中心软件的开发及测试过程提供相应解决方案。

2 列控中心设备接口概述

如图1所示，列控中心主机柜内设备由列控中心主机单元及对外通信接口设备构成。列控中心应用软件运行于主机单元，通过柜内通信接口单元、PIO驱采单元、站间通信接口单元等通信接口设备，实时与计算机联锁、邻站列控中心、临时限速服务器、轨道电路、继电电路、LEU电子单元等外部通信设备进行数据交互，完成信号状态的输入及输出。

TCCT先后实现PC机上列控中心主机单元外部设备及主机单元的仿真，使列控中心应用软件开发及测试效率得到大幅提升。

余云飞，男，硕士毕业于北京航空航天大学，工程师。主要研究方向包括列控中心仿真测试技术、自动化测试技术，列控中心软件测试技术研究，曾参与CTCS-2级客运专线列控中心测试系统研究、城际铁路列控系统研究、LKD2-T1型列控中心系统研究等项目。

3 TCCT设计实现

随着客运专线列控中心开发及测试需求的不断深化，TCCT的研发过程大致按如下3个阶段进行。

1）通信接口单元及外部通信设备仿真器的开发及应用；

2）列控中心主机单元仿真器开发及其与列控中心外部通信设备仿真在PC机上的对接；

3）系统配置部署的实现。

各阶段的研究成果在相应时期都能极大促进了列控中心产品的生产效率。

3.1 主机单元外部设备仿真器设计实现

列控中心主机单元的外部设备包含柜内通信接口单元设备及外部通信设备。依据列控中心对外通信接口规范及内部总线通信协议，将主机单元以外的所有通信接口单元及与该通信接口单元相关的外部通信设备用PC环境替代，通过PC及安装于其上的数据通信采集设备实现外部设备仿真与主机单元的数据交互。仿真器主要包含如下。

1）轨道电路移频柜功能逻辑仿真及C I-TC2通信接口单元仿真实现列控中心与轨道电路之间编码信息的实施下发及列车轨道状态的实施采集。

2）LEU应答器功能逻辑仿真及C I-T IU通信接口单元仿真实现列控中心到应答器报文信息的实时显示。

3）CTC设备逻辑仿真及CI-GS通信接口单元仿真实现列控中心与CTC设备间的信息交互。

4）继电电路逻辑仿真及P IO驱采单元仿真实现列控中心与继电电路之间的驱动控制及采集获取。

5）计算机联锁功能逻辑仿真，临时限速服务器功能仿真和邻站列控中心功能仿真及站间通信接口仿真实现了列控中心与外部网络通信设备间的数据交互。

仿真器软件依照相应的使用需求及操作需求进行模块设计和划分，如图2所示。

站场U I是TCCT的对外操作接口。通过在U I与仿真层之间定义仿真设备的控制命令，仿真器可根据U I下发的操作指令，进行设备信息修改，并将修改之后的信息实时发送至列控中心，完成一个测试条件的设置，如在U I办理一条列车进路，通过TCP端口下发U I指令，最终由计算机联锁仿真器将办理成功的进路信息实时发送至列控中心；通过在仿真层与U I之间定义仿真设备状态信息的反馈命令，U I可周期接收仿真器上传的站场状态信息并显示，站场状态信息即列控中心的运行状态信息反馈，可按照信号设备划分为：如轨道区段的编码信息、应答器报文信息、信号机点灯信息、区间方向信息以及继电器驱动状态等。U I与仿真器之间的命令及状态交互示意如图3所示。

同时，仿真器U I与仿真设备之间的控制协议也是自动化测试引擎脚本指令的研发依据。

设备仿真层实现列控中心外部通信设备逻辑功能以及通信接口单元功能仿真，为使TCCT提供尽可能多而灵活的操作指令，仿真器的逻辑设定为：在实现真实设备工作逻辑的基础上，可按照用户自定义需求进行异常测试条件的设置，如计算机联锁模拟可提供人工锁闭和解锁命令，并制造如下测试条件，当列车正常占压前方轨道区段，出清后方轨道区段时，后方轨道区段持续发送后方轨道区段锁闭至列控中心，直到人工设置该轨道区段解锁为止。

由于列控中心现场测试需利用临时限速服务器仿真以及邻站列控中心仿真进行列控中心初始化以及临时的站间改方操作，为便于上述功能模块在现场的安装使用，临时限速服务器仿真及邻站列控中心仿真使用单独进程，并提供专项U I，以便其脱离系统独立运行。

各仿真器通过相应的通信接口设备（如CAN卡，IN IO2卡或以太网接口）与列控中心主机单元进行周期数据交互。

外部设备仿真在PC机上实现列控中心主机单元的外围接口环境模拟，使得搭建一个列控中心集成测试环境时，仅需一台列控中心的主机单元，一台PC，相应的CAN采集卡，IN IO2卡以及以太网接口。需特别说明，这里只需要一个以太网接口，通过实现IP地址在网卡的自动添加，在一个以太网同时设置计算机联锁，临时限速服务器以及多个站间列控中心的IP地址。

3.2 主机单元仿真器设计实现

通过外部设备仿真可极大简化列控中心应用软件的测试环境搭建过程，但是，被测应用软件仍需运行于主机单元，对于软件开发人员在开发过程的调试以及开发测试人员进行类似代码走查性质的软件测试过程，其软件代码的运行状态仍不可见，且集成测试的效率也仍然受限于主机单元的数量，无法进行大面积的数据测试及回归测试。所以，在外部设备仿真开发完成的条件下，还需要进一步将主机单元的运行过程移植到PC。

列控中心主机单元设备仿真包含列控中心系统接口仿真器及列控中心应用软件仿真两部分，通过外壳程序实现仿真交互过程的调度。其中，列控中心应用软件仿真使用动态链接库形式封装。主机单元仿真器的开发基于虚拟内存技术，在W in d ow s进程寻址空间内开辟一块足够大的内存区，根据列控中心目标平台的系统内存分配规则，划分并规定应用软件与系统平台的数据交互内存区。列控中心系统接口仿真器依靠内部动态数据缓存实时与外部设备仿真器进行数据交互，并由外壳程序周期实现动态数据缓存与虚拟内存区的数据交互。在列控中心应用软件内使用可编译宏对应用软件访问系统层的基地址进行重新定义，通过最小且最直观的修改，实现应用软件对系统层数据的读写操作仿真，并向外壳程序提供应用软件主函数A PI，由外壳程序周期实现应用软件仿真与虚拟内存数据的交互，从而实现列控中心主机单元仿真器的开发，系统结构图如图4所示。

由图4可以看出，为实现主机单元仿真器与外部设备仿真器的连接仿真，且不更改外部设备仿真器的通信调用接口，还需实现主机单元仿真与外部设备仿真之间的通信接口设备驱动仿真，即CAN卡设备，IN IO2卡设备以及以太网通信接口的驱动仿真。依照接口形式不变的原则，提供与真实驱动完全相同的驱动仿真，替换外部设备仿真的接口驱动，实现仿真条件下外部设备仿真与主机单元设备仿真的实时交互。至此，TCCT研究基本完成，总体结构图如图5所示。

3.3 系统配置部署

由于TCCT的仿真器模块较多，且兼容各条客运专线的接口规范及多种目标平台，必然要借助复杂的配置进行运行模式及适配规范的切换及配置。为简化该过程的操作步骤，提高测试环境的搭建效率，提高模块之间的集成性，需开发系统部署工具，使用户通过统一的控制面板完成被测工程线路及车站的配置数据加载，通信协议确认以及相关仿真器模块的部署，整个过程做到一键式操作，系统部署示意如图6所示。

系统部署功能使得T C C T的整体性得到进一步提高，对于系统的产品化也有很好的推动作用。

4 系统应用举例

1）集成测试过程，搭建一个三站（A、B、C）两区间的测试环境，其左右邻站列控中心D站和E站列控中心使用列控中心主机单元仿真器替代，其余邻站列控中心依靠启动TCCT内的邻站列控中心仿真替代，外部设备如计算机联锁，临时限速服务器全部使用外部设备仿真器替代，如图7所示。

2）列控中心应用软件开发调试过程，进行枢纽站A与枢纽站B站间代传信息测试，使用配置部署工具，在PC上将A站及B站的设备仿真启动完毕，使用IDE工具调试模式启动A站或B站（根据调试需求）列控中心应用软件，进行软件调试及测试，如图8所示。

5 结论

由于TCCT成功将列控中心的测试环境完全移植到PC，使得列控中心测试环境的搭建不再受限于系统目标平台的数量，且搭建方式更为简便快捷，应用软件的开发调试过程也具备普通应用软件的单步调试功能。由于兼容各种接口规范及目标平台，使得在列控中心功能日趋完善，测试需求日益多样化的情况下，TCCT仍然完整支撑整个产品生产过程的测试。

TCCT从武广线开始逐步投入使用，现已成功支撑沪宁，沪杭，海南东环，广深港，广珠，京沪，哈大等工程线路的列控中心开发及测试，由于产品预留了自动化测试平台的开发接口，随着功能的进一步完善，基于该套系统的列控中心自动化测试系统也将在测试过程中逐步发挥更大的作用。

[1]科技运[2010] 138号 客运专线列控中心技术规范[S].