Unit testing technology for railway signal safety software based on EFSM model
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摘要: 铁路信号安全软件内部逻辑复杂，通过充分的单元测试能够更好地发现和排除软件内部的缺陷。文章分析单元测试常用方法，并结合铁路信号安全软件单元测试技术要求，提出一种基于扩展有限状态机（EFSM， Enhanced Finite State Machine）模型的黑白盒融合单元测试方法。使用自动化测试工具Cantata，以无线超时降级场景为实例，验证该方法是否可以满足测试场景的完备性，并且关注软件结构是否被完全覆盖。根据覆盖结果，对未覆盖原因进行分析，判断是否存在异常场景，并针对未覆盖分支补充测试场景，丰富了测试案例，从而保障了铁路信号系统的可靠性。Abstract: The internal logic of railway signal safety software is complex, and through sufficient unit testing, defects within the software can be better discovered and eliminated. This paper analyzed common methods of unit testing and proposed a black and white box fusion unit testing method based on the Extended Finite State Machine (EFSM) model, combined with the technical requirements of railway signal safety software unit testing. The paper used the automated testing tool Cantata as an example to verify whether the method can meet the completeness of the testing scenario and paied attention to whether the software structure was fully covered, analyzed the reasons for the lack of coverage based on the coverage results to determine whether there were abnormal scenarios, provided supplementary testing scenarios for the uncovered branches, which enriched the testing cases and ensured the reliability of the railway signal system.
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表 1 模型中各状态含义
状态 名称 含义 s1 automaticLevelFallback _idle 自动降级初始状态 s2 receive_radio_contace_loss 启动降级处理状态 s3 set_CTCS2_level 降级到C2等级状态 s4 receive_radio_contace_recover 终止降级处理状态 s5 unset_CTCS2_level 维持C3等级状态 
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表 2 模型中各迁移含义
迁移 内容 含义 t1 {s1,i1,g1,op1,s2} i1含义为无线丢失
g1含义为当前控制等级为C3级，模式为完全模式
op1含义为输出常用制动命令t2 {s2,i2,g2,op2,s3} i2含义为列车当前运行速度和C2允许速度
g2含义为无线超时制动10 s内，列车速度不高于160 km/h，且不高于C2等级允许速度
op2含义为执行自动降级到等级C2t3 {s2,i3,g3,op3,s5} i3含义为列车当前运行速度和C2允许速度
g3含义为无线超时制动10 s内，列车速度高于160 km/h，但低于C2等级允许速度
op3含义为不转入C2等级t4 {s2,i4,g4,op4,s3} i4含义为列车当前运行速度和C2允许速度
g4含义为无线超时制动10 s 后，列车速度不高于C2等级允许速度
op4含义为执行自动降级到等级C2t5 {s2,i5,g5,op5,s5} i5含义为列车当前运行速度和C2允许速度
g5含义为无线超时制动10 s后，列车速度高于C2等级允许速度
op5含义为不转入C2等级t6 {s2,i6,g6,op6,s4} i6含义为无线状态当前为恢复连接状态
g6含义为当前控制等级为C3级，模式为完全模式
op6含义为终止降级执行缓解常用制动
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表 3 黑盒测试用例
场景 全局变量 驱动参数 桩函数设置 期望输出 1 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失 -- 最大常用制动 2 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失
降级制动定时器= 9 s列车当前运行速度= 159 km/h
C2等级允许运行速度= 160 km/h降级为C2等级 3 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失
降级制动定时器= 9 s列车当前运行速度= 161 km/h
C2等级允许运行速度= 162 km/h保持C3等级 4 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失
降级制动定时器= 11 s列车当前运行速度= 161 km/h
C2等级允许运行速度= 162 km/h降级为C2等级 5 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失
降级制动定时器= 11 s列车当前运行速度= 159 km/h
C2等级允许运行速度= 158 km/h保持C3等级 6 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线恢复 -- 缓解最大常用制动
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表 4 白盒测试用例
用例 全局变量 驱动参数 桩函数设置 期望输出 1 模式为完全模式
当前等级为C2等级-- -- 不满足降级条件维持C2等级 2 模式为待机模式
当前等级为C3等级-- -- 保持C3等级
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表 5 边界值分析测试用例
用例 全局变量 驱动参数 桩函数设置 期望输出 1 模式为完全模式
当前等级为C3等级无线丢失
降级制动定时器=10 s列车当前运行速度= 161 km/h
C2等级允许运行速度= 161 km/h降级为C2等级 2 同上 无线丢失
降级制动定时器= 9 s列车当前运行速度= 160 km/h
C2等级允许运行速度= 160 km/h降级为C2等级
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