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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，采用白盒法和黑盒法来完成对计算机联锁软件的结构测试和功能测试，并给出结构测试实例和黑盒测试框图。
关键词: 软件测试; 白盒法; 黑盒法
中图分类号： C35 文献标识码： A
1、联锁软件自动测试方法
1. 1 联锁软件基本结构
本文所研究的内容主要针对联锁运算层进路控制模块( 见图 1) . 该模块的主要功能有:
1) 进路的建立;
2) 选排一致检查;
3) 进路锁闭;
4) 信号开放;
5) 信号保持开放;
6) 进路正常解锁;
7) 进路非正常解锁;
8) 道岔单操.
1. 2 联锁软件的白盒测试
白盒测试作为结构的测试方法,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。
白盒测试检测程序中的每条路径是否都按预定结果正确运行. 本文以进路建立中的进路搜索流程为例, 加以说明.
进路搜索流程框图及相对应的控制流图如图2, 图 3 所示.
在图 2 中, 堆栈 S1 和 S2 分别用于存放對向道岔结点和选出的结点, CNODE 为当前结点. 图 3 是与图 2 相对应的搜索算法控制流图.
1. 2. 1 测试用例设计
根据图 2, 图 3, 可以看出, 正常退出路径为 AB - DG, 异常退出路径为 ABCEH. 其他三种路径均为中间结果. 因此, 在测试用例设计中, 覆盖这 5 条路径, 并监督输入参数、 中间结果及输出结果即可.
1. 3 联锁软件的黑盒测试
黑盒测试通常用作功能测试,，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符合一定的函数关系。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。 联锁软件黑盒自动测试框图如图 4 所示. 在该系统中, 被测的联锁软件在自身的宿主环境中运行, 整个被测系统通过网络接口接入到测试平台. 测试平台则是由测试软件系统和车站信号设备仿真系统组成. 测试软件系统由测试用例数据库运行结果记录数据库, 分析判断模块和网络通信模块组成, 参见图 5.
工作原理:
1) 根据指定的车站信号平面图( 数据文件) , 自动生成测试命令队列.
2) 由测试用例数据库向被测联锁软件输出模拟操作命令, 同时送运行结果记录数据库记录. 运行结果记录数据库还要接受被测联锁软件的输出驱动命令及车站信号设备仿真系统的状态信息后, 由分析判断模块根据预存结果与输入结果对比分析, 若一致, 则输出下一条模拟操作命令, 若不一致, 则由分析判断模块根据故障现象设计新的模拟测试命令, 重新测试. 若 3 次都存在故障, 则分析判断模块不再设计新的测试命令, 而是回到原来的测试命令队列中, 继续执行. 所有比较一致的结果会从运行结果记录数据库中删除, 而不一致的结果会被记录.
3) 设置设备状态模块能对指定信号设备注入故障, 模拟各种不正常的状态变迁, 已达到故障条件下的安全性测试目的.
2、联锁软件的安全性测试
联锁软件在正常输入条件下不仅能完成联锁软件应该完成的联锁控制功能, 其中还包含着基本的安全性需求.
1) 计算机联锁的软件系统必须达到软件制式检测要求的可靠性和安全性.
2) 计算机联锁软件的安全性完善度等级宜划分为 4 级, 由高至低依次为 4~ 1 级. 等级的划分等同于 EN50128 ( 铁路控制和防护系统软件) 和EN50129( 铁路安全电子系统) 的规定.
3、结论
软件测试的目的在于尽可能多的找出错误. 但这就涉及到如何合理的设计测试用例. 本系统在白盒测试中采用路径覆盖法, 在黑盒测试中采用了等价类划分法, 基对应有效数据的有效等价类和对应无效数据的无效等价类. 在安全性测试中采用了FTA 技术. 只有对软件进行了充分的、 合理的测试后, 才有可能使联锁软件达到更高的可靠性和安全性, 真正的服务于社会.
参考文献:
[1]董 昱, 林俊亭, 刘振强. 计算机联锁软件数据结构的分析及应用[J] . 兰州交通大学学报, 2003, 22( 3): 94O96.
[2]当代中国铁路信号(1996 O2000) 编辑委员会. 当代中国铁路信号( 1996O2000) [ M] . 北京: 中国铁道出版社,2002.
[3]董昱 李敬文 李丽兰 .计算机联锁软件测试方法研究[J].兰州交通大学学报,2005,
关键词: 软件测试; 白盒法; 黑盒法
中图分类号： C35 文献标识码： A
1、联锁软件自动测试方法
1. 1 联锁软件基本结构
本文所研究的内容主要针对联锁运算层进路控制模块( 见图 1) . 该模块的主要功能有:
1) 进路的建立;
2) 选排一致检查;
3) 进路锁闭;
4) 信号开放;
5) 信号保持开放;
6) 进路正常解锁;
7) 进路非正常解锁;
8) 道岔单操.
1. 2 联锁软件的白盒测试
白盒测试作为结构的测试方法,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。
白盒测试检测程序中的每条路径是否都按预定结果正确运行. 本文以进路建立中的进路搜索流程为例, 加以说明.
进路搜索流程框图及相对应的控制流图如图2, 图 3 所示.
在图 2 中, 堆栈 S1 和 S2 分别用于存放對向道岔结点和选出的结点, CNODE 为当前结点. 图 3 是与图 2 相对应的搜索算法控制流图.
1. 2. 1 测试用例设计
根据图 2, 图 3, 可以看出, 正常退出路径为 AB - DG, 异常退出路径为 ABCEH. 其他三种路径均为中间结果. 因此, 在测试用例设计中, 覆盖这 5 条路径, 并监督输入参数、 中间结果及输出结果即可.
1. 3 联锁软件的黑盒测试
黑盒测试通常用作功能测试,，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符合一定的函数关系。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。 联锁软件黑盒自动测试框图如图 4 所示. 在该系统中, 被测的联锁软件在自身的宿主环境中运行, 整个被测系统通过网络接口接入到测试平台. 测试平台则是由测试软件系统和车站信号设备仿真系统组成. 测试软件系统由测试用例数据库运行结果记录数据库, 分析判断模块和网络通信模块组成, 参见图 5.
工作原理:
1) 根据指定的车站信号平面图( 数据文件) , 自动生成测试命令队列.
2) 由测试用例数据库向被测联锁软件输出模拟操作命令, 同时送运行结果记录数据库记录. 运行结果记录数据库还要接受被测联锁软件的输出驱动命令及车站信号设备仿真系统的状态信息后, 由分析判断模块根据预存结果与输入结果对比分析, 若一致, 则输出下一条模拟操作命令, 若不一致, 则由分析判断模块根据故障现象设计新的模拟测试命令, 重新测试. 若 3 次都存在故障, 则分析判断模块不再设计新的测试命令, 而是回到原来的测试命令队列中, 继续执行. 所有比较一致的结果会从运行结果记录数据库中删除, 而不一致的结果会被记录.
3) 设置设备状态模块能对指定信号设备注入故障, 模拟各种不正常的状态变迁, 已达到故障条件下的安全性测试目的.
2、联锁软件的安全性测试
联锁软件在正常输入条件下不仅能完成联锁软件应该完成的联锁控制功能, 其中还包含着基本的安全性需求.
1) 计算机联锁的软件系统必须达到软件制式检测要求的可靠性和安全性.
2) 计算机联锁软件的安全性完善度等级宜划分为 4 级, 由高至低依次为 4~ 1 级. 等级的划分等同于 EN50128 ( 铁路控制和防护系统软件) 和EN50129( 铁路安全电子系统) 的规定.
3、结论
软件测试的目的在于尽可能多的找出错误. 但这就涉及到如何合理的设计测试用例. 本系统在白盒测试中采用路径覆盖法, 在黑盒测试中采用了等价类划分法, 基对应有效数据的有效等价类和对应无效数据的无效等价类. 在安全性测试中采用了FTA 技术. 只有对软件进行了充分的、 合理的测试后, 才有可能使联锁软件达到更高的可靠性和安全性, 真正的服务于社会.
参考文献:
[1]董 昱, 林俊亭, 刘振强. 计算机联锁软件数据结构的分析及应用[J] . 兰州交通大学学报, 2003, 22( 3): 94O96.
[2]当代中国铁路信号(1996 O2000) 编辑委员会. 当代中国铁路信号( 1996O2000) [ M] . 北京: 中国铁道出版社,2002.
[3]董昱 李敬文 李丽兰 .计算机联锁软件测试方法研究[J].兰州交通大学学报,2005,