CN108717291B - 基于cpld进行故障注入的测试装置及测试方法 - Google Patents

基于cpld进行故障注入的测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于CPLD进行故障注入的测试装置，包括用于模拟车载VC功能的测试VC、用于模拟车载VIC功能的测试VIC和显示屏，本测试装置通过故障注入制造各种硬件及软件故障，在不需要对安全计算机平台的软件程序进行任何修改的基础上实现了安全计算机平台的软件程序的稳定性及可靠性检测，具有设计科学、测试效果好的优点。

Description

基于CPLD进行故障注入的测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及列控系统测试领域，具体的说，涉及了一种基于CPLD进行故障注入的测试装置及测试方法。
背景技术
车载安全计算机平台根据接收的轨道电路信息、点式设备信息、人机交互信息及列车状态信息，结合车载预存或地面应答器提供的基础数据、临时数据，依据列车制动属性生成目标距离模式曲线，监督列车的运行速度, 自动控制制动曲线, 控制列车安全运行,并通过人机界面单元显示模式曲线及行车信息。
车载安全计算机平台牵涉到控制列车运行安全的最主要的设备,不但要保证其硬件设计的可行性、可用性以及可靠性，还要保证其软件程序的安全性。现有的测试方法在进行车载安全计算机平台软件测试时需要进行整机测试，浪费人力和物力。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种基于CPLD进行故障注入的测试装置及测试方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于CPLD进行故障注入的测试装置，包括用于模拟车载VC功能的测试VC、用于模拟车载VIC功能的测试VIC和显示屏，
所述测试VC包括公用一块母板和一块电源板的两块子VC，所述子VC包括VC主控板和通信板，所述VC主控板内注入有车载VC软件；两块子VC之间还设置有倒机单元板，所述通信板、所述倒机单元板分别与所述VC主控板通信连接，所述电源板分别与所述VC主控板、所述通信板和所述倒机单元板电连接；
所述测试VIC包括两块相同的子VIC，每块子VIC分对应连接一块子VC；所述子VIC包括VIC主控板、通信板、电源板、数字量采集板、数字量输出控制板、模拟量采集板以及母板，所述VIC主控板上注入有车载VIC软件；所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板分别与所述VIC主控板连接，所述电源板分别与所述VIC主控板、所述通信板、所述电源板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板和所述模拟量采集板电连接；
所述VC主控板、所述VIC主控板、所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板以及所述倒机单元板均设置有CPLD芯片，所述CPLD芯片内设置有本板卡地址；每个CPLD的IO管脚均与一个串口转换装置连接，用以接收外界PC机下发的故障注入指令；所述VC主控板、所述VIC主控板、所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板以及所述倒机单元板分别根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并根据目标板卡地址与本板卡地址来判断本板卡是否执行所述故障注入命令；
所述显示屏分别连接所述测试VC以及所述测试VIC，用于显示所述测试VC和/或所述测试VIC执行故障注入指令后的运行结果。
基于上述，所述显示屏与所述测试VC、所述测试VIC可以为分体式结构也可以为一体式结构。
本发明还提供一种基于所述测试装置的测试方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将所述测试装置通过RS485总线与外界PC机通信连接；
步骤2，通过外界PC机向所述测试装置下发故障注入指令；
步骤3，各板卡根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并比较目标板卡地址与本板卡地址是否一致，若一致，则执行所述故障注入指令；则不一致，则不动作；
步骤4，故障注入后，工作人员根据所述显示屏显示的所述测试装置的实际运行结果判断车载VC软件和/或车载VIC软件是否存在故障。
基于上述，步骤4中，若实际运行结果与预设结果一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件存在故障；若不一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件未存在故障。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过CPLD芯片的普通IO脚来模拟串口数据收发，在CPLD芯片上设计与外界PC机进行数据传输的通信协议，进而在CPLD上根据解析的协议内容来实现不同的故障或者故障组合注入，通过观察故障注入后所述测试装置的运行结果以实现对车载安全计算机平台软件程序的故障检测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种基于CPLD进行故障注入的测试装置，包括用于模拟车载VC功能的测试VC、用于模拟车载VIC功能的测试VIC和显示屏，
所述测试VC包括公用一块母板和一块电源板的两块子VC,即VC1和VC2；所述子VC包括VC主控板（VC-CTRL板）和通信板（COM板），所述VC-CTRL板内注入有车载VC软件；两块子VC之间还设置有倒机单元板（DJDY板），所述COM板、所述DJDY板分别与所述VC-CTRL板通信连接，所述电源板分别与所述VC-CTRL板、所述COM板和所述DJDY板电连接；
所述测试VIC包括两块相同的子VIC，即VIC1和VIC2，每块子VIC分对应连接一块子VC，即VIC1连接VC1，VIC2连接VC2；所述子VIC包括VIC主控板（VIC-CTRL板）、通信板（COM板）、电源板、数字量采集板（DI板）、数字量输出控制板（DO板）、模拟量采集板（AI板）以及母板，所述VIC-CTRL板上注入有车载VIC软件；所述COM板、所述DI板、所述DO板、所述AI板分别与所述VIC-CTRL板连接，所述电源板分别与所述VIC-CTRL板、所述COM板、所述DI板、所述DO板和所述AI板电连接；
所述VC-CTRL板、所述VIC-CTRL板、所述COM板、所述DI板、所述DO板、所述AI板以及所述DJDY板均设置有CPLD芯片，所述CPLD芯片内设置有本板卡地址；每个CPLD的IO管脚均与一个串口转换装置连接，用以接收外界PC机下发的故障注入指令；所述VC-CTRL板、所述VIC-CTRL板、所述COM板、所述DI板、所述DO板、所述AI板以及所述DJDY板分别根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并根据目标板卡地址与本板卡地址来判断本板卡是否执行所述故障注入命令；
所述显示屏分别连接所述测试VC以及所述测试VIC，用于显示所述测试VC或/所述测试VIC执行故障注入指令后的运行结果。优选的，所述显示屏与所述测试VC、所述测试VIC可以为分体式结构也可以为一体式结构。
本发明还提供一种基于所述测试装置的测试方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将所述测试装置通过RS485总线与外界PC机通信连接；
步骤2，通过外界PC机向所述测试装置下发故障注入指令；
步骤3，各板卡根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并比较目标板卡地址与本板卡地址是否一致，若一致，则执行所述故障注入指令；则不一致，则不动作；优选的，所述目标板卡地址至少为所述CTRL板、所述COM板、所述DI板、所述DO板、所述AI板以及所述DJDY板的地址中一个；
步骤4，故障注入后，工作人员根据所述显示屏显示的所述测试装置的实际运行结果判断车载VC软件和/或车载VIC软件是否存在故障。
具体的，步骤4中，若实际运行结果与预设结果一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件存在故障；若不一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件未存在故障。
具体的，各板卡分别实现故障注入的过程为：
1、CTRL板故障注入
所述VC-CTRL板和所述VIC-CTRL板均要实现二取二的作用，因此其故障注入类型和故障注入过程相同，均包括以下几种：
（1）二取逻辑故障注入：CTRL板上二取的数据交互均是通过2片双端口RAM来实现，因此二取故障注入也要通过控制双端口RAM的片选来实现，具体的，利用CTRL板上CPUA的CS7与A18来组合控制双端口片选逻辑：CS7与A18“与”控制双端口RAM1（DPRAM1）的读，CS7与A18的取反后的“与”控制双端口RAM2（DPRAM2）的写；利用CTRL板上CPUB的CS7与A18的组合控制双端口片选逻辑：CS7与A18“与”控制双端口RAM2（DPRAM2）的读，CS7与A18的取反后的“与”控制双端口RAM1（DPRAM1）的写。
（2）倒机故障注入：CTRL板通过修改与所述DJDY板之间的IO管脚的脉冲频率来注入故障。
（3）BTM通道和TCR通道的故障注入：CTRL板的BTM通信以及TCR通信采用串口通信，因此所述BTM通道和TCR通道的故障注入主要考虑通过关断这些通信通道来实现：在RS485（RS422）转换芯片的控制线上接CPLD芯片的IO管脚来控制关断；由所述CPLD芯片引出管脚控制光耦的输入端负极的电平来控制转换芯片的控制线的通断。
（4）二乘逻辑故障注入：通过所述CPLD芯片的IO管脚控制网络信号的通断来实现。
（5）CTRL板的ACPU、BCPU故障的注入：由于CTRL板的ACPU、BCPU的区分直接由所述CPLD芯片通过IO管脚给出，因此可以通过所述CPLD芯片更改IO管脚电平来注入故障。
（6）I系II系故障注入：由于CTRL板的I系和II系选择线通常在CTRL板卡接插件上引入，且CTRL板卡的I系II系选择线同一源头，因此I系II系故障注入可以采用如下措施：由CPLD检测CTRL板的I系II系选择信号，然后在引出2路管脚分别到CPUA和CPUB上，由CPLD的IO管脚控制故障注入。
2、COM板
COM板是CTRL的CPUA以及CTRL的CPUB分别控制的4路CAN通信，因此COM板的故障注入主要是CAN通道的故障注入，具体的通过在CPLD上关断某一路或几路CPUA或者CPUB的CAN通道的片选信号来实现某几路CAN通道通信错误、通道异常。
3、DJDY板
DJDY板注入的故障：通过DJDY板卡的CPLD实现让CTRL板进入双主或者双备或者无输出故障来测试车载安全计算机平台软件的处理逻辑是否安全。
4、DI板
DI板使用CPU的并行总线来进行列车工况等开关量信息，包括：零位、向前、向后、牵引、制动等信号的采集；不管采集的是什么信号，对于每一路DI输入来说，均要在所述DI板的CPLD里面比较裁决，然后输出这路DI的正确或异常结果给VIC。
因此，所以DI板在故障注入上比较简单，通过CPLD串口的通信协议解析某几路DI输入需要注入故障，并在CPLD上通过程序来实现此故障注入：直接给出错误信息，不需要增加IO管脚来实现。
5、AI板
AI板的故障注入不需要所述CPLD芯片额外使用IO管脚，而是通过程序设计来实现，如果AI板正常则给出正常结果，如果要故障，则将此功能故意给出错误的状态；注入的故障主要包括：
（1）注入某一路或者某几路模拟量输入数据异常故障；
（2）注入某一路或者某几路模拟量外部输入数值，来采集输出的模拟量数值；通过计算来确定AI的精度；
（5）注入某一路或者某几路速度输入数据异常故障；
（4）注入某一路或者某几路外部速度输入数值，来采集并计算输出AI板采集后的速度数值；通过计算来确定AI速度采集的精度。
6、DO板
DO是VIC的CTRL板利用并行总线来控制输出牵引列车动力切除、常用制动、紧急制动指令的功能。常用制动指令输出方式可适应机车、动车组的不同接口需求；制动输出采用失电制动方式。
制动输出控制采用硬件安全冗余结构设计：1）、CTRL的CPUA和CPUB的通过裁决来控制制动输出通道；2）、主备系选择以及其它故障状态组合逻辑来控制制动输出通道；3）、将1）、2)串联起来一起控制制动输出通道。
因此，DO板的故障注入包括注入某一路或者某几路控制输出通道异常故障，具体的，使用CPLD程序来通过总线的比特位来决定某一路或某几路通道故障。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种基于CPLD进行故障注入的测试装置，其特征在于：包括用于模拟车载VC功能的测试VC、用于模拟车载VIC功能的测试VIC和显示屏，所述测试装置通过RS485总线与外界PC机通信连接；
所述测试VC包括公用一块母板和一块电源板的两块子VC，所述子VC包括VC主控板和通信板，所述VC主控板内注入有车载VC软件；两块子VC之间还设置有倒机单元板，所述通信板、所述倒机单元板分别与所述VC主控板通信连接，所述电源板分别与所述VC主控板、所述通信板和所述倒机单元板电连接；
所述测试VIC包括两块相同的子VIC，每块子VIC分别对应连接一块子VC；所述子VIC包括VIC主控板、通信板、电源板、数字量采集板、数字量输出控制板、模拟量采集板以及母板，所述VIC主控板上注入有车载VIC软件；所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板分别与所述VIC主控板连接，所述电源板分别与所述VIC主控板、所述通信板、所述电源板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板和所述模拟量采集板电连接；
所述VC主控板、所述VIC主控板、所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板以及所述倒机单元板均设置有CPLD芯片，所述CPLD芯片内设置有本板卡地址；每个CPLD的IO管脚均与一个串口转换装置连接，用以接收外界PC机下发的故障注入指令；所述VC主控板、所述VIC主控板、所述通信板、所述数字量采集板、所述数字量输出控制板、所述模拟量采集板以及所述倒机单元板分别根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并根据目标板卡地址与本板卡地址来判断本板卡是否执行所述故障注入命令；
所述显示屏分别连接所述测试VC以及所述测试VIC，用于显示所述测试VC和/或所述测试VIC执行故障注入指令后的运行结果。
2.根据权利要求1所述的基于CPLD进行故障注入的测试装置，其特征在于：所述显示屏与所述测试VC、所述测试VIC为分体式结构。
3.根据权利要求1所述的基于CPLD进行故障注入的测试装置，其特征在于：所述显示屏与所述测试VC、所述测试VIC为一体式结构。
4.一种基于权利要求1所述的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将所述测试装置通过RS485总线与外界PC机通信连接；
步骤2，通过外界PC机向所述测试装置下发故障注入指令；
步骤3，各板卡根据通信协议解析所述故障注入指令，获取目标板卡地址，并比较目标板卡地址与本板卡地址是否一致，若一致，则执行所述故障注入指令；则不一致，则不动作；
步骤4，故障注入后，工作人员根据所述显示屏显示的所述测试装置的实际运行结果判断车载VC软件和/或车载VIC软件是否存在故障。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：步骤4中，若实际运行结果与预设结果一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件存在故障；若不一致，则说明车载VC软件和/或车载VIC软件未存在故障。
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