宁波轨道交通AFC系统读写器测试平台设计

时间：2024-05-04

许锡伟，陈聪，沈义峰，马世勇，蔡峰

(1.宁波轨道交通运营分公司，浙江宁波，315000；2.优城（宁波）地铁科技有限公司，浙江宁波，315000)

0 引言

自动售检票（AFC）系统是城市轨道交通运营管理的核心系统，传统AFC系统由5层架构组成，其中最关键的核心设备是读写器[1]，广泛应用于自动售票机、自动检票机、半自动售票机、自动查询机等终端设备中，负责对车票进行读写和密钥双向认证，完成相关票务处理流程。

宁波轨道交通目前营运的线路有3条，读写器的供货商分属不同集成商，硬件和软件不统一，各线路读写器不能互换，且存在兼容性问题，导致新线开通接入和新票种、新业务、新应用升级改造时读写器兼容测试任务繁重，且存在备品备件成本和升级改造成本过高的问题。鉴于读写器的应用现状，按照《宁波轨道交通AFC技术标准规范》，宁波轨道交通运营分公司自主研发全功能线网级智能读写器，在宁波轨道交通既有线路中实现兼容互换，统一票务处理TP软件和读写器硬件平台，在轨道交通网络化运营过程中优势明显。本文主要对宁波轨道交通自研的读写器测试方法和流程进行研究，并设计了宁波轨道交通AFC系统读写器的测试平台。

1 宁波轨道票务应用现状

宁波轨道交通第一条地铁线路于2014年5月30日开通试运营，使宁波成为自深圳、苏州后，第3个拥有独立地铁系统的非省会城市。1号线开通时，宁波轨道交通应用的票种有：单程票、预赋值票、单程纪念票、一日票、三日票、员工卡、临时卡、施工卡、本站进出卡、计次纪念票、外服卡、月票、甬城通M1卡，甬城通CPU卡、市民卡（CPU卡）。

2015年5 月起，手机市民卡功能开通，其技术上采用NFC（近距离无线通讯）技术，实现手机刷闸的功能。

2016年5 月起，iTVM（互联网购票机）在部分车站上线，支持手机移动端购票。

2018年2 月，交通部IC卡和银联ODA（即Offline Data Authentication，联机交易的脱机认证）支付上线，支持交通部标准的IC卡和银联手机PAY（苹果、华为和三星特定型号手机）和具有银联标识的信用卡刷卡过闸。

2018年6 月，宁波轨道互联网票务改造全线实现二维码扫码过闸，随后上线微信乘车码、支付宝乘车码、银联云闪付乘车码等功能，并且实现与上海、杭州等城市轨道二维码互联互通。

宁波轨道交通支持的票种国内最全，涵盖国内轨道交通应用的主流票种，在互联网票务的应用上走在国内同行的前列。

读写器需支持以上宁波轨道交通应用的票种，并具有票务扩展升级的功能，以支持不断更新的互联网票务应用。读写器的TP票务软件，包括各票卡类处理模块、日志记录模块、参数及软件更新模块等组成。考虑到宁波轨道运营的特性，对读写器性能及功能的测试内容，测试平台需对票务应用内容作针对性软件开发，且需要友好的图形交互界面，方便测试人员直观分析测试数据。

2 读写器测试内容

读写器测试平台的主要功能是实现宁波轨道交通AFC系统读写器的第三方认证测试、性能、功能测试和兼容性测试，其中功能测试包括通讯报文、票卡交易流程、TP软件更新、参数下载更新等方面的测试。

■2.1 第三方认证测试

读写器的第三方认证测试主要包括两大项：电磁兼容性测试和环境可靠性测试。宁波轨道自研的读写器通过了第三方实验室的电磁兼容性测试（EMC测试），测试结果如表1所示。

表1 读写器EMC测试结果

读写器的环境可靠性测试，主要有低温试验、高温试验、高温高湿环境试验、恒定湿热环境试验、振动和冲击试验等。主要测试读写器在高低温环境下的软硬件性能，测试结果显示自研的读写器能在-20℃-70℃环境温度，相对湿度5%-95%不凝露的情况下稳定可靠工作，不发生读写器死机现象。

此外自研的读写器还通过了第三方检测中心的PBOC 3.0 认证测试。PBOC 3.0 认证指的是依据最新的《中国金融集成电路（IC）卡规范》（PBOC 3.0）的认证测试，主要由Level 1非接触IC卡支付终端通讯协议测试和Level 2非接触IC卡支付终端应用测试两大项目组成。

■2.2 性能和功能测试

读写器性能和功能测试主要是硬件性能测试、基本功能测试、通讯报文测试、票卡交易流程测试和TP软件更新、参数下载更新测试等内容。从测试流程上看，又分为读写器的硬件测试和软件测试两大部分。

硬件测试包括读写器系统上电测试（包括系统启动时间）、电源测试（包括DC9-24V电源适应性、电源纹波、和短路、反接、过载保护等测试）、看门狗和LED状态显示灯测试、TF卡高速读写稳定性、安全模块性能测试（包括SAM卡读写性能、安全芯片自恢复测试）、数据串口通讯测试、射频电路读写距离、射频工作频率、读写交易时间等一系列测试内容。[2]

软件测试主要是对读写器基本功能测试、通讯报文测试、票卡交易流程测试、TP软件更新和参数下载更新测试。主要测试内容如下：

(1)基本功能测试，包括初始化读写器模式、读取读写器状态、参数查询、寻卡、读验卡等测试内容。

(2)通讯报文测试，包括通信协议测试，多帧通信测试。测试软件除正常通信协议报文的测试，还将模拟各种故障的通讯报文，以确保读写器的通讯的可靠性。

(3)票卡交易流程测试，包括重复进出站、轨道交通单程票类、轨道交通CPU卡类、甬城通M1卡类、甬城通CPU卡类、市民卡CPU卡类、交通部CPU卡类、银联ODA类、二维码类和手机NFC类的交易流程测试和异常业务的票卡更新流程测试。票卡交易流程主要有单程票的售票、退票，AGM的进站、出站，BOM的重复进站更新、无入站更新、超时更新、超程更新、超时超程更新等内容。

(4)TP软件更新和参数下载更新测试，主要是测试读写器的TP软件接收，异常TP软件拒绝、正常TP软件在线更新，运营参数的下载及更新测试，黑名单白名单卡测试。

■2.3 兼容性测试

兼容性又称互操作性，虽然宁波轨道交通一开始制定了《宁波轨道交通AFC技术标准规范》，但是不同AFC集成商在具体的读写器设计时，对标准理解的不一致导致不同厂商的读写器失去了互操作的能力，因此自研的读写器的兼容性测试非常重要，是自研读写器的大规模应用的关键。

读写器兼容性测试分二个阶段进行，第一阶段，在轨道实验室上对终端设备的读写器进行替换测试，分别对TVM、AGM和BOM设备的读写器进行替换测试。兼容性测试时因存在三家不同的供货商，需对不同供货商的读写器进行替换测试，测试时要特别注意票卡交易的不同读写器之间的交叉性测试，最后在轨道实验室的模拟ACC清分系统中验证交易数据的正确性，另外银联ODA的数据由市民卡公司验证交易数据的正确性。第二阶段，在既有运营线路的终端设备上，分别进行读写器的替换，直接线上运营测试，一段时间稳定运营后，在清分中心验证交易数据的正确性。

3 读写器测试平台硬件搭建

AFC系统读写器测试平台硬件主要由测试工作站、测试工控机、显示器、测试软件、测试票卡、读写器及其天线、二维码扫描设备、测试软件等组成，其中测试工作站模拟车站SC服务器。读写器测试平台硬件组成示意图如图1所示。

读写器有一个以太网络口ETH口，可以另接笔记本电脑对读写器的相关信息进行调试、查询及监控。

4 读写器测试软件的开发

读写器测试平台的测试工控机运行的是Windows操作系统，而读写器采用的是嵌入式Linux操作系统，因此需要跨平台的开发环境对测试软件的开发。Qt是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。Qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展以及一些宏，Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。Qt可以满足读写器测试软件的开发要求。

图1 读写器测试平台硬件组成图

结合读写器的测试内容，对读写器的测试软件的接口函数分析，其架构如图2所示。[3]

图2 读写器测试平台软件架构

根据读写器测试平台的软件接口分析，用户的操作界面设计如图3所示。

图3 读写器测试平台软件界面

读写器串口配置可以对测试平台软件的串口进行配置。读写器测试平台的重要内容是分析读写器与测试工控机的通讯，以及票卡数据的解析，以此判断读写器的票卡交易数据的正确性。在交易运行过程中读写器将记录每条交易数据，并存储在读写器的数据库中，读写器测试平台日志分析可以显示读写器的工作情况及故障原因的主要形式。此外日志还将记录读写器整体的响应时间，通过分析读写器响应时间的测试数据，反应读写器的处理性能和射频天线的响应性能。读写器测试平台中的读验卡模块通过机械装置改变待测试票卡与天线的测试距离，显示读写器的读写距离和工作范围，一定程度反应读写器的硬件性能。读写器的状态显示栏显示安全模块PSAM的工作状态，天线的状态，读写器的工作状态以及工作模式。