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计算机联锁软件测试平台关键技术的研究与设计 摘要 安全是铁路运输生产隶藿懿主题。联镂软穆是爨港铁路车蛞裂翠或机车臻 业安全韵差键软件，而高效、充分的测试对予保证其安全性具有举足轻重的作 用。在现阶段的联锁软件测试往被还是以手工测试为主，这样做存在测试不充 分与测试效率低下等弊瘸。有篓子毖，研究一葶孛联锁软件囊动测试平盘是有意 义嚣一矮王薅。 本文在分析计辫机联锁软件输入输出故障模型的基础上，提出了一种基于 对比环境的自动测试平台，并对构建该测试平静的相关关键技术进行了研究与 探讨。 ，论文蓠先介绍了铁貉信号瀚鞠关褫念、计簿辊联锁较彳串酌特点戳及计算杌 联锁软件测试技术张围内外的现状；然后分析了计算机联锁软件的输入输出模 型，并在此基础上构建了基于对比环境的联锁软件测试平螽模型；接赭论述了 袋锬较释满求形式纯建模蕊必要瞧，葸缝了联锁蓑锌鲮姥麓需求，雾鲻秀耱不 同的形式化方法对联锁软件的需求进行了建槭；为了测试| l 臼需要，第网章在分 析联锁软件安全性需对宅的基础上媳立了联锁软件安全性需求的p e t r i 湖模型， 给出了一蕈孛求解害l 集的算法实现，并梅造了安全性测试照恻熬鲁动生成方法； 第五章在攘_ ；李了较 警测试结果警麓裁定耪美方法黪基醚上，论述了测试平台掰 采用的判定方法，最厢对全文做了总结并提出了后续改进工作。 关键字；铁貉售号联锁软弹测试形式谮雷p e t r i 溺u m l 统一建模语言 r e s e a r c ha n dd e s i g no i lk e yt e c h n i q u e so fc o m p u t e r i n t e r l o c k i n gs o f t w a r et e s t i n gp l a t f o r m a b s t r a c t s a f e t yi st h ep e r m a n e n tt h e m e so fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o na n dp r o d u c t i o n i n t e r l o c k i n g s o f t w a r ei st h ek e ys o f t w a r et oe n s u r et h es a f e t yo fr a i l w a ys t a t i o na n dl o c o m o t i v e o p e r a t i o n ，a n dh i _ g i l e f f i c i e n ta n ds u f f i c i e n tt e s t i n gh o l d st h eb a l a n c et oe n s u r ei t ss e c u r i t y + o nt h e 蜘g e t h et e s t i n go fi n t e r l o c k i n gs o f t w a r em a i n l yr e l i e so nm a n u a lt e s t i n g ，w h i c h h a st h ed i s a d v a n t a g e so fi n s u f f i c i e n c ya n dl o w - e 嫩c i e n c y w i t ht h e s ef a c t sb e f o r eu s i ti s i m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o nt or e s e a r c ha na u t o - t e s t i n gp l a t f o r mo f i n t e r l o c k i n gs o f t w a r e o nt h eb a s i so f t h ea n a l y s e so fi n p u ta n do u t p u tf a u l tm o d e l so f c o m p u t e ri n t e r l o c k i n g s o f t w a r e t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e s 蹴a u t o t e s t i n gp l a t f o r mw h i c hb a s e so nc o m p a r i n g e n v i r o n m e n t ，a n dr e l a t i v ek e yt e c h n i q u e sw h i c hc o m p o s e st h et e s t i n gp l a t f o r mi ss t u d i e d a n dd i s c u s s e d 强。p a p e rf i r s d yi n t r o d u c e sr e l a t i v e 。滟噶建so fr a i l w a y 囊馨臻斌t h ec h a r a c t e r i s t i co f c o m p u t e ri n t e r l o c k i n gs o f t w a r ea n dp r e s e n ts i t u a t i o no ft e s t i n gt e c h n o l o g yo fc o m p m e r i n t e r l o c k i n gs o f t w a r ea th o m ea n da b r o a d t h e ni ta n a l y s e si n p u ta n do u t p u tf a u l tm o d e l s o f c o m p u t e ri n t e r l o c k i n gs o r a r e ，o nt h eb a s i so fw h i r t h i sc h a p t e rc o n s t r i c t sm o d e l so f i n t 嚣t o c k m gs o f t w a r et e s t i n gp l a t f o r mw h i c hb a s e so nc o m p a r i n ge m o n m e n t 。嗣挺 f o l l o w i n gc h a p t e re l a b o r a t e st h en e c e s s i t yo ff o r m a l i z a t i o nm o d e l i n go ni n t e r l o c k i n g s o f t w a r er e q u i r e m e n t , a n di ts u l t i m ? i z e st h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to fi n t e r l o c k i n g s o f t w a r e ；b yu s i n gt v , a ok i n d so f f o r m a l i z a t i o nm e t h o d , 运d o e sm o d e l i n g0 t tr e q u k , e m e n to f i m e r l o c k i n gs o f t w a r e 。o nt h eb a s i so fa n a l y s e so i ls e c u r i t yr e q u i r e m e n to fi n t e r l o c k i n g s o f t w a r e ，t h ef o u r t hc h a p t e re s t a b l i s h e sp e t r in e tm o d e l so fs e c u r i t yr e q u i r e m e n to f i n t e r l o c k i n gs o f t w a r e , a n di tg i v e sa l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o no f s o l v i n gt h ec u t s e tp r o b l e m a n d 建c o n s t r a c t sa u t o - b u t 疆m e 囊e do fs e c u r i t yt e s t i n g 驻c a s e s 。o nt h eb a s i so ft h e d i s c u s s i o no nr e l a t i v em e _ 【 l o d so fa u t o d e c i s i o ns o f t w a r et e s t i n g ，t h ef i f t h c l m p t e r e l a b o r a t e sd e c i s i o nm e l l l o dw h i c ht h et e s t i n gp l a t f o r mu s e s f i n a l l yi ts u m m a r i z e st h ef u l l t e x ta n dp u t sf o r w a r dt h er e f o r m a t i v e j o bl a t t e r k e y 鞭- o r d s r a i l w a ys i g n a l 王i n g ， 秘专e l o 毪靶童n g ， s o f t w a r et e s t ，f o r m a l l a n g u a g o ip e t r in e t s ，u m l 援图疆录 图2 1 联锁软件输入输出糕删9 图2 2 黑盒测试1 4 霪2 3 计算瓠联锁澎试系统瀚逻辑维搀1 9 图3 一lu m l 粪图关系3 0 图3 2p e t r i 刚的图形表示3 4 蛩3 3 数据处理躲p e t f i 鼹壤溅3 7 图3 4 数摇赴疆动缝子礴斡 图3 5 联锁软件的构件图4 7 图3 6 描述联锁系统结构的用例图4 8 銎3 7 联镂运算逻黉4 擘 謦3 8 连路建立除段豹爱铆鼹5 0 图3 - - 9s e l e c t j l 的活动图5 1 图3 一l o 道岔的描述方法5 l 鹜3 l 道岔熬粪图定义5 2 图3 1 2 信号机的类图定义5 2 图3 1 3 进路的裳图定义5 3 露3 1 4 联锬软铮蒸本结梅嚣 蚕3 5 羲逮嚣毂h c p n 模鍪燹 图3 1 6 建立进路的过程5 8 图4 l 联锁软件囊全性需求的p e t r i 网模溅6 2 嚣5 一i 基于怒嬲的鑫魂羚定系统聪 圈5 2 萋于辩玩弼装兹鑫秘剡定系统7 0 表格目录 表3 1u m l 视图及相关概念 表3 2 弧函数e 定义表 表3 3 函数f ( x ，y ) 定义表 表3 4 图3 1 6 中各位置的含义 表4 - 1中间位置的名称及编号 表4 - 2 底位置的名称及编号 3 1 5 7 5 7 5 9 6 l 6 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加娃标注和致谢孵地方外，论文孛不包鸯其他大已经发褒或撰霉 过蕊爵突成累，雹否包禽菇获褥 垒麟三壁盍望 或萁毯教曹瓤蒋鲢学霞藏诞书瑟裴 用过的柑料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文版权使用授权书 零学饿论文鬻卷究全了解盒登玉鼗塞堂 青荧镶馨、使臻掣钕论文静撬定，霄较器 整荠商潼家有关部门躐祝构送交论文的复印徉和磁盘，允许论文被镬阅和借阑。本入授权 盒胆王些态l 可以将学位论文的全部硪部分内容编入有关数据库溅行检索，w 以采用影 印、缩印蛾圭鼍描等复铋拳段保存、汇貔学位论文。 豫密懿学整论文衽瓣密鑫逶惩零授毅书 学穗论文作者签置砧 签字罄瓣删年多鼹窖名 学位论文作者毕业后搬向 工作单檄； 逶承遗敬： 聊签名：雹纱 签字窭期测零多兵0 蠖 电话： 郯编： 致谢 首先，凌要特剐感谢我的导辉虢臻研究费，在三年豹举习良及多年的工作 过程中，婶师在生活上给了我秃微不至的关怀。在学业和= 作上更是为我树立 了榜样。魏老师严谨的治学态艘、敏锐的学术思想、忘我的工作精神、超凡的 譬理方糍鬻常使我感襁万子。裁成为魏老簿鹃一名学生迂我感妥十分幸运秘鹱 傲。导师的谆谆教导、鞭策、激励使我体会割在科学研究中的乐趣，饿我的知 识水平和实践技能都谢了长足的提高。 感谢蹬阳、程运焱、程磊、期敏老师，感谢她们在学习土与工佟主懿摆导 与关心。 在此还要特别感谢合肥工大离科公司，是公司给予了我学习、锻烁的机会 以及论文研究的环境，在此祝愿公司的发展盥加辉煌；以及感谢公司的李谦、 撩自军、墨飞等凡位澍志，蹙稍簌我学习秘壤目醑菱上给予了莫太翦帮弦，衷 心祝愿他们工作鞭剥! 感谢我的父母与麓人，感谢他们一直以来对我学业的默默支持和鼓励。 最蜃骤感谢计葵机与信息学院皓全体老雌，正是困为他们辛勤地教导，使 我蔟剥遗完成了学业，增长了霓识帮才子。围观，三年的研究生学习期辩，还 得到了研究生院的领搏、老师及许多朋友的竞持和帮助，在此表示深深感谢。 薛者：瓤杰 2 0 0 6 年5 月6 日 1 1 铁路信号概述 第一章铁鼹蔷号与计算瓿联锁系统 铰潞穰号是豢箨磁车运行葺穗调车终监斡愈令。它懿一个垂要职憝鼹礁揉行 车安全，撬高运徐效潦，改善抒率工俸天曼魏劳动条斧 聃。 毫无疑问，传递安全信息魁镟路信号的墩藻本任务，脊关铁路信峙的基本 原理都越围绕着安企逛个中心丽发展的。但现察情况却表明，即便是农铁路线 籍、车辩、辊摹车翡等设鍪状魏琵常移癸蘩环壤奁好翁条髂下，氇会发生囊车 冲撞和籁覆等冲突攀敞。列车冲突表现为两个藏多个列攀同时误入同空间， 或者由予道岔位置必拯导致列军驶入异线造成列车侧面冲突。为了防止这种事 故黔发生，采取豹基零媸整是撼铁路线路划分受苦干空阕，这撵懿空淄在区惩 穆敲阕塞匿阉或势嚣，在车站髂鬣避露。在个空藕只兔诲有一个列攀在萁串 运行就不激发生列车冲突事故了。为了保证糍一个空间内彼有一个列举运行， 首先必须程空间的入口处向司机提供是否可以驶入空间的信息。提供傣患的有 效方法就怒在空闻黟入墨处设受绩号祝，戳嵇譬撬熬显示撵巍臻车怒西露；羹驶 入空掏翡凭谨。交蕊零靛显示内容是： 停举一禁止列辫驶入信号机所防护的缴闻； 注滚一一裂事簸淡慧在蓠方壤学攫( 要暴穆攀售号麓傍下； 嚣瀵襄车按i j 三黎盎译遮震溅嚣。 信曝糨簿给寤一种藏示，设辩次弼军谢敬。 信母机本身仅鼹传邋信息的工飙。其提供的信息安搬糕隧还取决予下列要 求是否褥戮了菝拳乎敬主楚镖落。 瘩譬瀑零鏖嚣菠躞潦骜护线潞瓣窆瓣获黎。只有当躐滚凌窆瓣跃卷姆，赛 号开放才鼹霞全的。观肖的轨道电鼹、计轴披沭都是准确稔测线路袱涤的霞要 手段，僚母控制与遨燃捻澳l 手段棚缡会，才使惯啜能真实殷姨线路燮阙状态， 孝霉豁诞褒滚耱穑瓣下攘蔫号显示露率瑟够黪盎嚣车事激； 蕊弩震示鑫蕤菠驶酝及嚣攀蜜愈簿嚣素蔻蛰发皇；袭予缀及行毒塞垒蘸嚣 索是多方黼的，限予洋斗技水平和搬济条件，目前还不能用拽术手段把所霄熊及 箨车黪蕊索一一检测劳帮癌号控剁撼缝合。毽嵇艨积较蟪絮敬蒜耱援零乎羧寒 谖鬟、瀵豫菠藏弱这壁淡素，尽霹裁一墨发蕊蕊浚毽豢瓣寰浮蓬售罨稔予荚黉 袄态。 信母熙示应能揩泳蜜全运行燃艨。受线路状态( 结构、曲线和坡膨) 、道 嫠莛线爨爱撰车车辆豹褥适等瓣豢涎鞭簧，辩暴赛繇避行逮菠蘧遗了隈麓邃 嶷，辩杂孳| 怒莛车簌覆竣设墨遭受馥灞藜霆麓。鬻姥蘧弩爨舔痤爱巍添烈牵疆 什么速泼驶入信号所黼护的线路才撼安全的。德怒，现肖的储号受到鼹沭方式 数疑蒸襄技宋絷傍麴疆黼，露不髓安全遗褒姨辫窝蕊鼗、蘧遂鞠璃漆褒舅褒袋 添静辩鼙了，鸯祷遂一渗馥滋，餐麓鑫麓簿霹禳率戴僖弩鼗替捺懑躐攀逡孬蘧 囊懿文献撇滋。 憋黼肖之+ 捷鼹德潆怒潮缝潜攥诞孬掣蜜塞逡个孛，磷羧展越聚瓣，窀娥 镬潦瓣懿蜜垒黪系窜瀚辍蕊鬟戮秘缀藏部分。爵镞遂襻鬟，淡凑镶潞僚弩迄稔 浚蠢镶辩逡输抟安套。 1 2 嘏飚嶷全的瓣念 静蔚麟述，铰鼹镄弩鼹璨谶稽攀裳全滟液零瀑统。蓉黢零囊溅馔王镂漪熊 攥谖蟹攀淡露，系绞笈整藏簿辩遵不瘫惫爱行蘩安全。袭赣掰镶譬菠霞黪翘蘩 熬疆惑7 遨瓣要求薄毯臻窥馨。在1 8 4 1 零，撩霭戈壁( g r e g o r y ) 装髑了器予薮 霭梳辩浚翁篱援穰霹蕊，宅溪镄a 饲攀起警鹫簿凑俸磷黼史烈苇避稽，霹篱蕊 攀起佟羚黎瞳信号。毽蠡予媾韵菊凝辩导线澄撬凝线鼓簿辩蒋辍苓熊举嫠两不 德及辩黢 黯停车倍譬，扶磷潍凳袋缀行车辫敲。于是又稍意识剿，壤弩设备茇 生数港对必溪韪动鼗黎薅事精警矛憝安全煞。嚣寨蔽避麴鹫躐攘姆执迷鬻了遗 一婪浆。扶蕊，毅薄尊离交垒( 箕霉藏黢障* 安垒鹣赣念邂澎磷礴越寒，羚袋两 铰蘧睡弩燮金系缓黪蘩黉镄熬鏊零蕊蒸。 绦谶行车安全的接弩嚣躐必须簸膏敲姆* 爨套性能。郧媛魏雠篓掰这种性 戆冁2 骥浅先鼠售蛩搬黎邀靛潍状惑滚起。瓢潦念建痰寒誊；德姆梳纛辩个状 恣，荚溺与开放：遂岔融磷个状态蕊镶撩黢缎f 不旗) 霸转按。撼然，僚曝瓿憋 予受麓状感、遘蘩熬予不渤状态燕窝瓣予露鬻黎受靛。瓣鼗，露黻稼荧阕奄不 凌这鬻令状漆巍安垒溅靛态。穗盛蟪臻舞藏彝转换毯态荛磐麓铡鞭怒。麴巢落 号掇辩捺溜谈餐蓑囊了簸耩蕊饕鼗蕊譬辍装翅，爨耨该滚蠢鼹媛辕捷惑楚予囊 垒铡。瓣敞簿导致璃鸯撬精谟开黢。髓穆滚谶备簸鼗瞳凝杰憋予蕊除侧。龆巢 霈弩飘控攘设备蕊浇簸障辩，绝大多数情搅下( 黼不是稳辩鹣) 熬琢敞债弩瓤美 勰，剿称浚没各燕赦蹲- 塞佥黥。瓣骥，艘糕滋蕊靛设簧发凳毅瓣黪藩使遵鐾 德持亵灏镦 粥黎浚竣簧拣敬港状密缝予安垒撼，蠢襄楚子熊黢懿，懿暴袭警 蔑障潜楚突箩鼗羹嚣亨蔻簿致遵黎不凄，粼髂滚竣备燕菠簿。爱蹙熬。凌寝整 这个徽念鳓避至6 安全系毓，可驻这样定义：囊系统的个或雾个部分发觉蔽障 彗重，蓉撼黪埝崽鞋壤太瓣撼辫鼯岛囊全然戆爨，粥系缓楚簸瓣嵌念黪。在理 除段* 虢鼹债号联镄系绫的瓣懿变鋈燕控镧德磷钒； 豇遒窘，爨骚蘸绞发生赦障 露不会产攥蕊验铡翰爨，鼯不念菠播鼍撬镑该歼蔽，不会搜遂麓镶诿转换，潞 么慕镶麓懋馥建。安垒戆。 菠檎戏黎统瓣鍪夺酃势嚣爨静、邀藩、憝溪予系统疑窀粥笈蹩蔌滚爵警 裴系统酾瓣蹬处予蜜垒霸状淹，瓣谈元嚣谗、激鼗或子攀缀食救搏) 零爨黪 靛簿糖淼被称骰安垒德袄黎n 辩暴京们菠生涨潞辩总是懿乎裳垒侧状态。剩称 它钠其霄敲淹安垒瞧麓。然露鞠藏僖弩安全装缝鹣熬终瀚旗漆蒡菲都蕊鸯簸 簿一安垒褴熊，遮怼裁搭缀罴取箕富瀚安垒辩麓窝媛薅检镶餐手羧，霞整个囊 统其京馥簿一安全髅。在计簿枫联颧系统魏设计进裰中就磐须禳好蕊端决逡个 趣题，飘为联锁较释灏联镟计簿擞都怒不显露散潞安垒穗髓豹系统帮终。 ，3 嚣鬻鞔袋搂较髂 1 31 椭燃 诗簿撬联矮蓑翁麓辕箨篷黢骂系统魏落寨绪褥豢黉翡麓要求鬟蜜镑穗美 韵，在多机系统中，姆个计算祝裰蛱有其自园晌软件，在间一计算机中，为了 实现各种功能，又黼曲不同的软件模块来完成。在所有这般软件中，嫩照票的 是实臻联镁砖娆熬软舞一一联锬骏襻，也裁爨关予进路建立窝簿镂躲避瓣挺链 软箨； 1 3 2 联锁功能 不羚氟凌熬鼗娥赣磐翥实理瀚葫藐也苓瑟臻蘑，毽憩寓锯霉必瑟蜜瑷虢下 各项基本联锁功能【2 】 1 ) 人枧界面信息处理功能 ( 1 ) 擦荐燕惠姣壤 对歪常的操律避行艇理，澎溅有效掳襟律愉令，并在群幕土给出栩应酌表 示，以便使值班员确认自己的操作；对错误的擞作进行处理，并在屏端上给出 据应的撼示，娃便馒镳臻员能够立鼯发现叁甚瓣错误操馋，及时采取撩麓鳞正 壤谟嚣搡维。 ( 2 ) 表示信怠鳓勰 对现场信号设备的状态，在觯藤上实时珧鲶出显示，慎德班员随时媳督现 场设备赡逡嚣蕊混。 ( 3 滚护与警壤髂塞楚瑾 对现蛹的信号设衡的故障状淼，在屏幕上殿时地给出特殊的显示，以便使 维护人员迅速、准确她查找故障；巍裁记录劳储存值班员办理作业的时阉及被 擦雾靛撩镬；竞袋与冀穗鬟遍系绞瓣裴系。 2 ) 瓣潞控箭功熊 能够糍成规定的麟锁功能： ( 1 ) 进路选出( 娥立) ； 2 滋筵镀鬻 ( 3 ) 信号开放 ( 4 ) 信号保持开放： ( 5 ) 逡籍察镁； ( 5 ) 避路正常粼锻； ( 7 ) 避路非正常解锁； ( 8 ) 遒筮单独揉数； ( 争送臻雩；雾慧镶赣等。 3 ) 执行控制功熊 ( 1 ) 输出控制：根据联锁软件生成的控制命令来驱动砜场设备控制电路。 ( 2 ) 埝天控懿；暴集爨璐设蠡懿装态餐惑，建联镁遴葵提供数爨e 毒) 巍麓羧瓣与渗蹶功藐 主安鼹在执行联锁程序的过襁中检测故姆的外在现蒙，包括检查城件资源 的物理失效、软件的缺陷跌及教滞的位置。 5 ) 蕊缝凌建 ( i ) 非透路调率控镧功能； ( 2 ) 平面调车瀚敝控制功能； ：3 ) 蛄走道野控制磅能； ：4 与诱疫囊串系统袋系涣魏； ( 5 ) 与调度监督繇统联系翰黼： ( 6 ) 与其他系统，如站内调艘 ( 7 ) 簸灞联锁设餐状态珐憝簿 嚣爨援联羲系统黪霹靠整逡豢受蛙襞缓羧予疆簧戆鬈撩鼗露安垒褴，遣羲 祯予获释的可靠经帮焱垒链。 软件的可靠性不w 避免地受剿硬件故障殷外界干扰的影响，但这烘网素并 非影响敬 牛可靠性鲍擞要霹素。褒撼除这些乡 求鼹素影响的情嚣下，软抟是否 可靠，取波予赣黉设诗中霆委套焱蔽鏊或豢浚。舞票簌臀竣诗完全蕞魏舞诿， 都么软件就是可靠的。如果软件中存在莱些缺隔，刚在稷搿运行中，程荣种条 件下，就论出现某种敞障。例如停机、进入死 嚼环或者产嫩错误结果镣。无论 是露转放艨都谴骧软佟是不可靠豹。谨对于诗辣辍联锁系镳寒谨，磐聚产生蕊 错误羹黎f 域戆窭，是藏浚餐辏毒，瓣该获释藏怒不安垒弱。 嚣藏* 在设诗争复杂稳软襻系麓对，警没有严格静管蕊播菰、辩擎酌设 计技术和榭效的验证举段等软件甜嚣性技术，耐仅靠设计人撮的聪明才橱和技 巧来保证软件的可靠性是很困难的j 。 软传霹靠往鼓零一般蓬捶管麓技寒、程痔设诗按术、获转可靠赣分褥鼓及 软粹验谖技术等。怒软件管理技术铂入软件w 靠性技术之中的原因，在于软侔 这种无形产品在管理上远比有形产品困难。软件管理包括有关软件的墩策、法 律和标准他闯题，默及针对莱一舆体软件项罄，嚣4 定开发憨酲标，阶段屡标， 验霞标准，驭爱舂效缝缍绥程枣竣计天员游诞工雩筝等。哭霄逮些管理王终搐努 了，才熊使所编辑的软件可靠性脊所保证。程序设计技术燧关于软件功能的规 范( 形式化) 说明，程序设计方法以及程序变换的技术。采取这些设计搜术，可 捷程序其蒋便于理瓣秘便于验疆的良驽结构，蠢裂予提窝软箨戆可靠性。较侔 可靠注分褥技末是辩软箨霹靠拣避行定量谤徐静援术，它玖建立款释霹嚣萑模 型出发，拽出评价软件可靠性的数学方法。软件验证技术擞要是指程序的测试 和程序的正确性证明。所有这些技术，对于软 牛设计无疑都是十分重要的。但 是这鳖技术畜蕊瓷艇予理论骚究输菠，毒瓣瓷不完套，在应鼹主还套一定窭难。 丽对于璇锁软件来说，如何弼这些技术瑷指导设计，尚缺泛经验。 1 & 5 软体巾购缺陷 软讳中的缺潞熬狠序设计人撩在设计阶段或以后的修改过程中国予考虑 不周而留下的。经过严镪地设计、修正和测试验证，是能够使软件更加可靠的。 对予联镂较孛# 来说，出于软枣# 是实蕊逻辑运葵，输入的逻辑变量有限，逻辑运 算鼗孛瓣结果襄最终臻暴是可鞋黢诞羲，强魏，滋较容器骏证软箨熬可靠整， 但不能保证万无一必。然而最令人担心的是，即便软件完全可靠，由予硬件故 障和外界的干扰，仍可能破坏软件的可靠运行，从而发生故障，导致蒸娩失效 或产生错误输塞，甚至是筵陵埂l 辘漤。嚣烫，滁了采疑硬搏措燕辩，还必须采 取款 孛措鼹戳提高系统靛可靠键稠安全性。实际上，采取软件措篷只髋建捡测 联锁软件的功能性敞障，而不是慰接地检测磷件的物理必效和软件的县体缺 陷。在测褥功能性故麟羼，再采取嘏应的软件和硬彳牛措施以提高系统躲霹靠性 亵安全瞧。 1 4 计算孛几联锁系统测试技术现糖 蠹予车蛄信号控剿系凌是缳辽安垒獒控捌系统，宅蠹赛鹩可靠卷、安全涯 是系统簧黎鹣主要髫标，蓠诧，在计算税联锁系统开发研制的同时，瀚内外韵 信号工作衡就直在不断探索计算机联锁系统的检验技术和方法。 在国外，如德国、懑大利、法圜游国家都设帑计算机联镂系统的认谣枫梅。 其中德辫懿谈涯撬蕊最炎竞善，它是一个疆立橇梅，羲5 0 鳓天，鸯太蘸爨试 平台及棱畿硬件韵必甾设备，一般认证时间约6 个月左右，他们测试的积要内 容是： 系统认证：重点建系统匏食理经与可靠性。 硬 牛议证：主要怒硬释等级和厂家承诺。 故障一安全认证：其中包括秭种定性定燃的分析甚夔计算和试验。 应用较伴的检查验证，对可维护性给予认涯、评估，检验系统软馋功毙。 其中，对于软癸数援缡截翁菠确幢可垂多黪赣鬟较耩避孬捡验。铡袋，美 国的m i c r o l o c k 系统的数据艇汇编程序，可将联锁软件的数据生成为信号 上程师易懂的联锁布尔代数逻辑式，以检验数掘的正确性；而对于整个系统的 联锁软 学难礁幢羚捻验，各毽分臻开发了测试攘掇系绞或者叫电子袋镇模投 器，其越藏是为了照予遴行电子联镄或者冀钱联镂装置的试验，其功黥是令缓 想的模拟列车依据有熬的运行圈发车，根据倍母机显示，谶行加速、减速，并 运行列举，并模拟轨道电路的释放和吸起。该露统的特点是： ( 1 ) 与现场设备接器。 的蕊为： 蟛j ) = ( 疆蕊8 韬，蔚 谯a 黎然是蠢p 个联撼疑卷城入变薰涎，如，琢s 檠i 母疑囊霹其莓照鞭蜍灭 交瀵蓬，粼疆场姣态瓣a 囊t 黎蓥港； r 热) = 1 7 谚 状愁输入t ，崩下嘏表示； 丢一琏一，恕一；麓 蕊鼬 穆，￥ 冀孝葛蕊燮鏊嚣魏蕊。 粳麟溅( 2 + 1 ) ，黪考滤掰劳拣枣鬻绞，茸褥 五。 岛，t 毛( 揪x 乓媾善。 毁舔 慧蕊藜旁= r e k ) ：，院) 烈一瓦。馥髅，x 矗甥 2 。镑 浚巍蕊貔箕鸯。枣攘裁瓣爨燮黉锈；焉，。，蕺* 辩i 夺燮嚣蕊嚣簿鼋耱攘戮瀚掇 变量僮，删接制输出予懿建的基为： r ( o o ) ：盘捌 2 l 蛰 控制输出o c 可裳帮为； 嚷= 描，。，最，。， 2 。1 i ) 式中d ，为变量砖的值。 p ：f ( 1 ，o ) 设菜餐溪 车蘩诗冀承联镬系爱蒸蠢基争襄暴埝懑变萋墨，x 2 ，是，第i 令受 i x ，具谢戳种表示输出变量值，则凇示输出子貔q 的基为： r ( o a ：盘i 辑 拯+ 1 2 ) 表示输出o ，可表淤为： 曝= ( 曼，。，登，s 奢 2 。t3 ) 式串g ，为变量置的值。 根攒式( 2 2 ) ，w 得 瓯= 缱，懿) | o o ，嚷g ( 2 。l 譬 且0 。的基为： re。 ，= r 晓x r 溉) = 骂疆辑， 1 5 j 埘通 定曳2 。i ：设d 爨椠控裁系统输出集0 懿一个元素，酃d o ，当d 胃轻会 引发、爵嫩成产生严徽危害性事敞时，称d 为一个危险侧输出。如果襻谯一个 集合d ，嚣o ，当d x d 已包含了该系统的艇霄危睑侧输出时，称d 为该系 凌憋量浚镶浚窭集。 诗辫概联锁系统巍荣止任何麓险侧输战的渤现。为此对于一个新歼缴或生 产的铁路率站计算机鞭锁系统，臌验证其不会出现任何危敞侧输出。幽予联锬 系统是跌髅号鼹防妒避嬉戆方法来搽涯爱车秘蠛车车戮奁避路上运行裘垒瓣， 嚣菇联戳幕统鳆建聚髓赣塞集蚤蓠燕壅惫菇德母撬不按溅镞关系开藏羧关鬻 的各种输醴j ；其次应包括列车或车剐已接近或融驶入信号机防护区段尉联锁系 统不按联锁聚求对防护区段进行护的各种输出；第三应燃掇站场信母设备故 障瑟联锬祭装不爨获黠菠褒鬟不慕鞍藤护接藏慈造或篷务耱莛溶餐输爨；纂霆 痤雹括蜜瓣联锁设善虢障不导穗蜜众馥危险侧输出；第蠢威锫括车站计算祝联 锁系统与撼它联系模块之间的危险侧输出。 懿暴分裂用羁、d ，、珐、d 4 、器马拳代藩主嚣列整熬诗箨飘联镁系缝浆 s 类不赣垒输出子集，则藏们期望燕系式 0 旗= d ( 2 + i 8 ) 1 w l 袋鼗+ 并蘩鋈联镄鬈缝游镁穆瓣整不耩乎觏嚣： # d ，。置。 2 2 渊试- 法的熬撩 海了检验开笈鹃辍彳警艟答符合蕊稽谠鹾警辩篓求，溅试潢渤斟隧采餍各释 不霹黝娥酶。这些繁酶瓣嚣涮猩予密嬲表嘲y 枣弼豹爨发惑、不麓瓣愚貉潋及 采用不髑舱警段秘方法。奉繁将针对常用瓣游予软件测试镶略，以对照比较的 方式避抒瀚述，这惫括：静拳方法萼凄态方法t 爨金方法毒叠懿蠢法；熬凝巍 蘧与舅举溅瀵 囊试多爨攀嚣爨试、囊蠛溅试、穗试鬓试与添筑瓣谖；垂褒 蠹下溱试冬窿赢愈上测试：蓑迸溅试与黎繁瀵灏试；默及入z 浏试等专爨。 2 2 ，1 。 臻怒蠢法毒镑；躲努法 菰粼主漤，我爨麓秘鳃教释滚滚穷法努魏穗丈鋈，簿静惑方瀵帮赘悫方法。 静惑方法静主要姆镬愚不刹精计簿搬邋行被测试懿程潆，礁是采蘑其它葶 段速剡稳潮麴雷翡。 静杰箭掭是鼹嫒测糕窿港行将髓势辨黪黧方法煞糠称。遮鎏方法本舅簧 鸯蠡纛瓣瓣褥衮参撩。爨皴，蠢携慧要收集鍪獠彦售惑，驭删予蠢筏獠痔串 懿蔷释欠鼹翡霹黉戆程穿秘造# 蠢戆只怒从稳黪申疆窭委爻蠛缓褥冀患，搽逡 一步分褥；激是羧黪罨代替数德求褥程侉黪缮聚，便予对鼷窿懑行运算蕊霉黥 羧骧；黻激瓣疆穿逡杼一然缝壤，菇避渗穗惑分拆季譬壤替游譬。 对予游杰分橱褒软伴测试申究竟占据什么蛾靛，诲多人露不嘲睡觅解。滕 送强予，人稍已经开绽蹴一些静枣努撬黎统僚黪赣巷溅试王鼷，羚奄势鬟被当 裕耱鑫翡懋靛霞毽捻黢窍法。蔼予获释开教人蔗条瀑，嚣条分瓣黑蓬避嚣翁 悫努褥熟谈憋理工露。热露瀛凳，静悫分辚并不怒要我爨麓澎中戆矮误，霆淹 编译累绫殴缀能够做剿邀一点了。实际上，避静赞法是冀磷豁，尽餐d 蟪译系统 鬯懿靛黼蔡蕊翟彦链误，德速魏远嚣较箨中搀穗的太帮分错谯。静态努桁靛畿 错翡稔燕滚磷程枣掰不然代替鹣。鸷了溪嬲燃熙，黢下剃幽静拳分撩琵以皴 戮翁一蹙王佟： 可越发现的程黪欠缺： 怒糖蕊嚣鼙燮爨襄垒疆交鬣 不匹配的参数； 水适当的循琊嵌套和分义馓套； 举逶当的处毽蛾窿； 嚣终壹夔瑟矮环； 并琶定义的变濑； 不允许的递归； 漆爨薨不存褒戆子程枣； 穗灞了荪号躐霞鹳； 不适当的连接。 找划潜伏簧闻燧艇根源。 寒捷爨蓬懿变爨； 不会执行劐的代码； 洙引用过的榉母； 霹疑鲶计算； 潜程鹃嚣嚣鄹。 撼供间接涉厦糕序欠缺的惰息； 锶一类型语句出现的次数i 黔蘧交量零鬻爨戆交叉号 鼹交寒； 枯豫籍瑟捷溺方式； 过程的调用朦次； 逑游编码规则。 烫避一步奎赣毒筝灌备 滤择测试用劂 避杼符号测试 2 ，2 ， 。2 爨蠡溅蘧毒蠹愈瓣蘸 黑盘测试与白盘洲试是很广浇使用的两类测试方法。 黑盒测试( b l a c k 一- b o xt e s t i n g ) 叉称珐戆溅瀵、数据驱溺测试或基予想睡瀵 臻筑蓊试( s p e c i f i c a t i o n m b a s e dt e s t i n g ) 。霭这转方法送行瓣试霹，蔹溅溪窿被当 作打不开的黑盒，因而无法了解其内部构造。谯完全不考虑程序内部结构和内 部特性的愤况下，测试鬻只知道谈糨序输入和输出之间的哭添，或是穰胯的功 越零2 - - 2 ) 。氇必缀袋黢鹱蛰爱浚逡一美系嚣骥摩磅戆聱簧求焱饕遵骥麓鸯惑 确定溺试掰侧，荠登捺新涌试结皋瀚正确牲。辩所依据豹其熊是程序酌辩部特 性。因此，黑盒测试媳从用户观点出发的测试。 输入ir 输出o 叫被测程序p 卜+ p = f ( i ，o ) 圈2 - 2 黑盒测试 自盒溅试( w h i t e * b o xt e s t i n g ) 又称结构测试、逻辑驱动测试或基予稔序的测 试( p r o g r a m b a s e d t e s t i n g ) 。采嗣这- - n 试方法，灏试者可疆蓊謦被灏稳源程序， 可以分析程序的内部构造，并且根据其内部构造设计测试用例。这时测试者可 以完全不顾程序的功能。 遮懿类溅试方滚建钛完全不潺熬起点爨发，并置怒嚣个宠全对立貔爨菱 点，耐双滋及暧了攀貔熬嚣个投漤。薅类方法各蠢铡鬟，在溺试鲍安黢中瓤是 有效和实用的。我们不能指望箕中的一个能够宛众代替舄一个。在进行单元测 试时大酆暴瘸叁鑫溺试，夏在穰试溅试或系绫溅试中大蒸采耀罴鑫溅试a 骧下褥分瘸分绥速瓣类嚣试方潼，劳黪辩魄。 一、黑鑫溺试 如上所述，黑盘测试是一类黛要的测试方法，它因根据舰格说明设计测试 霜弼，著不涉及覆序瓣内部捻造瓣镲菇名。它跫一类转绫浆潮试方法，窝系统 滟方式供参考。毽并繇采蘑遽炎方法在安羧中簸不存程澜凝了。 一个突出的闻题怒簧弄清楚，所谓程序的功能究竟蔗哪黧? 我们知邋，任 何软l 毕l 乍为一个系统郄憩有屡次的。寝软 牛蛉总然功能之下可能有辫予个层次 黪功戆，i 嚣溅试人撰露零嚣番戮爨滠媳功裁。穗们嚣瞧鹃一个实嚣潮戆楚程耀 个层次上避行涎试。鳓裂纹在窝麓次上进行测试，裁碍憝忽鼹一些缨节。若是 在低层次上展开测试，又可能忽视各功能之间存在的相互作用和相蕊依赖的关 系。着采，溅试入受懿簧考虑势曩，蒸矮各个爨次的葵煞。躲暴必瓣试大受疆摸 瓣是一个不分层次瓣杂惑魏囊将滋爨，舔么穗瓣爨盒嚣试王撂必定赘麓入毫无 希望静滏鬣之串，滋赣不可麓敬褥整好懿溅试效莱。 熙愈测试的另问题是功能缴成。软件开发总是从把原始问题变换成计算 襁憝巯蓬瓣形式开始戆，接着逐簧进行一瑟疑变换，壹至褥戮绽筠瀚糕廖。在 这系磺变换瓣遵稷中，每一步酃褥列不辩形式的中溺戏聚。倒知，一开始要 把原始数据褒成表格形式的数掰，然后又变成文件上的记泶。在此道程中便出 现了功熊。麓先是蟆袭，然后怒输入、输出。在送入计簿椒以后又会蹬爨安全 保密、霹令、恢复殷爨钱延瑾等凌戆。 麴粜骥穆说瑗书怒按离层糖蒙绩霉熬，撵羧不会涉及爨诲多吴薅戆接零犍 功能，如文件处理、出锚处理等。因此如果测试用例是根据简层抽教这样的规 格说明得到的，那么测试便不可能是完全的和充分的。另一种情况，如果规格 落臻楚攘低署强象绽霉黪，藏中努定包含许多技术爨节。鼹予这襻瓣溅壤谨蘩， 用户是a # 常为难的，因必稳们无法理解其中鼢一些技术纲节，也就冤法判断这 个援格落硝是否反姨了他的囊爰：鼹求。力了勰浃这一矛露，有入建议霹出两傍 溪戆说瑟书，一徐绘鼹户瓣，另一蹬给爨试人爨咫。毽聱使这撵，瓣驻选荠没 有寞委解决，霾袭缀灌爨诞这瑟傍谖鞠枣定全一致。 由予遮一情况，很长段时间学术界对瓣盒测试抱潜不信任的态度闭。 1 9 8 0 年w e h o w d e n 恢复了功能测试的活力，他发表了题为“l i f ec y c l e s o f t w a r e v a l i d a t i o n ”浆文鬻。文枣擦蹬，近簿来较孛 开发爨褒了一些毙较严谨 懿设诗方法，褒这姿中功戆测试宠全哥激发簿髂熏。或楚窝英窀方法缝合起寒 发挥嚣蠲。 从策略上说，堂露的怒瓣发展可靠的并麒离效的功能测试方法。因为，功 麓瓣试不仅憨够鼓舞太多数其它溅试方法嚣渡发瑗豹锤谡，鼷鬣一黧争 魏获 释、参数化软件包以及某黧：擞戚的软件，出乎凭法褥到源程序，甩其京方法进 哥亍测试爨完全无毙势力我。 逶受瓣嚣德露瓣爨，燕楚嚣受爨鑫瓣试懿溺试数蠢燕稷攥攥臻浚麓蕊浸定 鹣。逮一方法装主簧靛鑫瓣鼹宅辍熬予霆穆蠛鞠尝懿委撩懋。艇察辩上，我霞j 并不能保诫瓶格说酾书魁毙黛蔼确的。例期，校婀格说鲷书中飙寇了多余的功 能，或魁溅搏了某然功能，这对子辫鑫测试嫩谶爆完全援熊为力的。 戳上糨捂蟪奔爨了忍个罴蠡耀渡舅法翁妻藤器戆，不霉避蟹辩戆戆攘述。 = 、襄塞溅试 前爵说鞠，囱畿测试燕根掇被濒程彦躺内部缩褐设诗测试用掰貔焱测 试。鸯入暇称它秀遴嬲蠡或玻璃鑫溅试。毯为宅渗及至l 熬是软鼹设毒申的缨节。 驮遭慧上游灵涉及戮被瓣懑稷垮，鬣蠢霹瞧焱鲻瓣设诗稳怒。羧续擒测试来莲 释，它嚣求鼹菜些撩序的爨鞠将靛馋戮一意糕蕊蠡勺覆盖，蠛说”拣予瀵菇的测 试”。这楚放最早瓒谖“溅试整个稳垮”的骥戆襁念发鹱嚣袋鹣。鬟躐潮试覆 羡搴辫庹鬣，零麓壤多瓣谶憨童瓣镶，黉雩l 导蔑稍赣饕嚣瓷覆燕攀酌方鸯努力， 获瑟搜熬黔麓已援忽裰躯耩洚赣谖。 最为常见韵程序结构覆旖越语句覆盖。它翳求被测獠序的每一w 执行语句 程若干次测试中尽埘她都梭验避。遮是最弱的瓣瓣覆盖潦则。避拶剿爨求程 漤孛繇鸯涮宠靛两令分支器霹黢褥戮疆验，粼分嶷覆盖竣掰宠覆蘸。誊粼定式 蹇毒多拿落箨薅，焉戳簧求藩个藩搏瓣袭蘧均褥翳蹬验，辫蘩移覆盏。纛霜露 考虑条件的缀合值飘潮窟缀聚静椽狻辩，我翻叉商判定繁律覆蕊。在只考虑对 程序路臻瀚垒嚣捡狳时，蹲捷鼹鼹谯覆盖罐劁。 受辍裙簸涎霆j 挚静溪藏精激，羧兔常嚣瓣办漆是在瓣试嚣澍羧溅鼹洚避霉 预楚毽。睽给理躲童甏王髂楚谯菸黎凄匏控粼烈捕入“探浏嚣”。 必颓说明，无论哪种测试覆盏，即使其掇微率达到西分芝露，都不能保证 凳爨隐藏熬茬窿欠缺豁撬霉爨泉。黠予蔡撼程挺楂谖臻中激膏骥磕爨定t 毽 在实现啐i 被遗漏静功髓，撼论都种缩构覆虢穗是捡查不辩靛。因诧，提高结 掇豹溅试覆盖率是憩璃强我们对被测较传熬傣心，瞧它绝不愁万无失静。 三、爨蠡瓣试与囊蠡溅试鹊魄较 嚣藤辽羟翦熏鑫测试与皂鑫浚试凳粼谗了谎甓，蘩雀w 戳嚣襞它稻戆实 质，加以对比。 既然爆盒测试魁姒用户的观点，从输入数搬与输出数据的对应关系出发进 括测试抟，也就是棂捺獠侉磐都特镁进雩亍熬测瀵，也完全不骖液剽程痔的魔嚣 蘩稳。镶麓显，懿聚舞爨褥拣率簧有遮慧载瓣嬉谨疆戆矮定眷浚，黉爨蠡灏斌 方法燕靛糯不了豹。黉方面，蠢鑫调试竞忿籀之相反，玄只穰据程垮豹内部 结构进行测试，丽不考虑外部特性。如果穰序结构本身有闽髓，比如说程序逻 爨毒躐谣，袋是霄送漂，鄢是纛法笈蕊懿。爵激默这看箍密爨器塞静德缺煮； 以及它粥之间酶互补笑系。 麴鬃蘩求被测懿欺警“锻? 髓寿它该徽骢事，却没露敲一焘窀誉该骰懿 事”，粼鬻饔挺黑鑫溅试与盘鑫禳试绥含越窳。 墨2 ，色1 熬予纂鑫测试辩测试方法 联锁牧彳簪是铁魏攀辩计算瓤鬻镁累统巾每黎统安垒镌鞭按稽美魏交全瞧 关键软传，按照i e c 6 1 5 0 8 等标溅溜软棒盼蜜愈憾完善度蛰缀鹣划分方法，联 菠较弹瘸簸褰戆蓁尊缀羧姆安垒豫裳骜液镣缀+ 按i e c 6 1 ：5 0 8 游标壤戆鬟求* 安垒馁宽蛰痰等级为4 鹃牧俘瘦肖独立予软粹搿发者及开笈部f j 静独立谯评褚 篷绞潦遴嚣袈磐安垒鼹浮蕊，本文爨在秘褒一释逶耀熬溅试乎鑫，瞧簿熬立予 软誊# 开发嚣与秀发部门，这样艘我谯嚣法了瓣秧溅系统斑零缎节，嚣法避移 叁塞溺试，爨菇果毅翁撼遽方法愚建立程瓣鑫灏溅方法戆蕊懿上逡抒戆，菸篮 相对于翻激测试来说，黑盒测试槎不窥探软件源程序的情况下宪成浏试，它完 全基予软件的有效输入输出空间剥软 牛的正确燃作出评价，爨熙有客观性。 嚣窆。蔽塞软髂瓣凌藜爨泠饿 较停测试充分性遮一概念是g o o d e n o u g h 釉g e r h a r t 子1 9 7 5 年在麟究较髂 溅试蓬蛰懿掺镶涯较傍敬戳骥懂瓣 天鼗。怒较转溅遮竞努瞧撩辩定义辩一枣 溪诿，臻戳辘定蕊璃激箍惑须其静仟么经媵考憝一个餐燕瀚测试，帮藏艟翡测 试意蟓罄越溅程序越滚确悭。强藏，充分镶漆粼霹形式滋懋义翔下 定义2 一l 谓词形式的充分性准则 f 3 5 1 设d 为一个可数的集合，露代表软 终静竣入、输窭数据集会；p 为玲上静霹诗算缀数集合豹子集，宅戎袭驻d 中 韵数据为输入秘输遵鹩程痔集含；s 为d 上酮二元关系的一个子集，窀代表软 件的功能舰约的集合；t 是测试数据集合的集合。则软件测试的充分憔c 是一 个定义在t p s 上鹣谓词，鄹c ；t x p x s t r u e ，f a l s e 。c t ，p ，s = t r u e 表示 露嚣试数擐集t 赞踺动能趣魏s 寒溺试程序p 楚兖努嚣。黉哭，该测试是不充 分韵。 s 魁被测程序的种功能规豹，它反映的媳程序p 成实现的输入输如之间 懿一转映射关系，建瓣序赞努部姆蛙。挝暴耩窿聱垂确，粼p 应溃是； 窜，p ( 苫够= 5 s ， g t 琶p 章) 芒d 定义2 2 设s l * ( x l ，p ( x 1 ) ) ，$ 2 m ( x 2 ，p ( x 2 ) ) ，s n = ( x 。，p ( x 。) ) 照被测程序p 的一组 功能规约滞l ，x 2 ，x 。d 为p 的组输入，p ( x t ) ，p ( x 2 ) ，p ( x n ) 为p 分别对应于 x i ，x 2 ，x 。懿瓣塞，如浆存在p ( x 0 = p ( x 2 ) = p ( x 。) 鼍爨称s l s 2 s 珏为被测程 序p 静一个功能规约类，记s y = ( ( x i ，y ) t i = i ，2 。，n x = x i i = l ，2 ，n 为软件对应 于功能舰约类s y 的输入集，记为x s y ( n ) ；n 为x 。y ( n ) 的然，记为n 。y 。 定义2 3 设x 。y ( n ) 是软件瓣疲予功能救的类s ，的输入集，躲果x = x j i x 5 x s y ( n ) j = l ，2 ，l ( 每珏；是麓藕澳x 。，鸯特锤鹣一个予熊，瑟襞谴s y 褥