寧波軌道交通AFC系統讀寫器測試平臺設計

許錫偉，陳聰，沈義峰，馬世勇，蔡峰

(1.寧波軌道交通運營分公司，浙江寧波，315000；2.優城（寧波）地鐵科技有限公司，浙江寧波，315000)

0 引言

自動售檢票（AFC）系統是城市軌道交通運營管理的核心系統，傳統AFC系統由5層架構組成，其中最關鍵的核心設備是讀寫器[1]，廣泛應用于自動售票機、自動檢票機、半自動售票機、自動查詢機等終端設備中，負責對車票進行讀寫和密鑰雙向認證，完成相關票務處理流程。

寧波軌道交通目前營運的線路有3條，讀寫器的供貨商分屬不同集成商，硬件和軟件不統一，各線路讀寫器不能互換，且存在兼容性問題，導致新線開通接入和新票種、新業務、新應用升級改造時讀寫器兼容測試任務繁重，且存在備品備件成本和升級改造成本過高的問題。鑒于讀寫器的應用現狀，按照《寧波軌道交通AFC技術標準規范》，寧波軌道交通運營分公司自主研發全功能線網級智能讀寫器，在寧波軌道交通既有線路中實現兼容互換，統一票務處理TP軟件和讀寫器硬件平臺，在軌道交通網絡化運營過程中優勢明顯。本文主要對寧波軌道交通自研的讀寫器測試方法和流程進行研究，并設計了寧波軌道交通AFC系統讀寫器的測試平臺。

1 寧波軌道票務應用現狀

寧波軌道交通第一條地鐵線路于2014年5月30日開通試運營，使寧波成為自深圳、蘇州后，第3個擁有獨立地鐵系統的非省會城市。1號線開通時，寧波軌道交通應用的票種有：單程票、預賦值票、單程紀念票、一日票、三日票、員工卡、臨時卡、施工卡、本站進出卡、計次紀念票、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，手機市民卡功能開通，其技術上采用NFC（近距離無線通訊）技術，實現手機刷閘的功能。

2016年5 月起，iTVM（互聯網購票機）在部分車站上線，支持手機移動端購票。

2018年2 月，交通部IC卡和銀聯ODA（即Offline Data Authentication，聯機交易的脫機認證）支付上線，支持交通部標準的IC卡和銀聯手機PAY（蘋果、華為和三星特定型號手機）和具有銀聯標識的信用卡刷卡過閘。

2018年6 月，寧波軌道互聯網票務改造全線實現二維碼掃碼過閘，隨后上線微信乘車碼、支付寶乘車碼、銀聯云閃付乘車碼等功能，并且實現與上海、杭州等城市軌道二維碼互聯互通。

寧波軌道交通支持的票種國內最全，涵蓋國內軌道交通應用的主流票種，在互聯網票務的應用上走在國內同行的前列。

讀寫器需支持以上寧波軌道交通應用的票種，并具有票務擴展升級的功能，以支持不斷更新的互聯網票務應用。讀寫器的TP票務軟件，包括各票卡類處理模塊、日志記錄模塊、參數及軟件更新模塊等組成?？紤]到寧波軌道運營的特性，對讀寫器性能及功能的測試內容，測試平臺需對票務應用內容作針對性軟件開發，且需要友好的圖形交互界面，方便測試人員直觀分析測試數據。

2 讀寫器測試內容

讀寫器測試平臺的主要功能是實現寧波軌道交通AFC系統讀寫器的第三方認證測試、性能、功能測試和兼容性測試，其中功能測試包括通訊報文、票卡交易流程、TP軟件更新、參數下載更新等方面的測試。

■2.1 第三方認證測試

讀寫器的第三方認證測試主要包括兩大項：電磁兼容性測試和環境可靠性測試。寧波軌道自研的讀寫器通過了第三方實驗室的電磁兼容性測試（EMC測試），測試結果如表1所示。

表1 讀寫器EMC測試結果

讀寫器的環境可靠性測試，主要有低溫試驗、高溫試驗、高溫高濕環境試驗、恒定濕熱環境試驗、振動和沖擊試驗等。主要測試讀寫器在高低溫環境下的軟硬件性能，測試結果顯示自研的讀寫器能在-20℃-70℃環境溫度，相對濕度5%-95%不凝露的情況下穩定可靠工作，不發生讀寫器死機現象。

此外自研的讀寫器還通過了第三方檢測中心的PBOC 3.0 認證測試。PBOC 3.0 認證指的是依據最新的《中國金融集成電路（IC）卡規范》（PBOC 3.0）的認證測試，主要由Level 1非接觸IC卡支付終端通訊協議測試和Level 2非接觸IC卡支付終端應用測試兩大項目組成。

■2.2 性能和功能測試

讀寫器性能和功能測試主要是硬件性能測試、基本功能測試、通訊報文測試、票卡交易流程測試和TP軟件更新、參數下載更新測試等內容。從測試流程上看，又分為讀寫器的硬件測試和軟件測試兩大部分。

硬件測試包括讀寫器系統上電測試（包括系統啟動時間）、電源測試（包括DC9-24V電源適應性、電源紋波、和短路、反接、過載保護等測試）、看門狗和LED狀態顯示燈測試、TF卡高速讀寫穩定性、安全模塊性能測試（包括SAM卡讀寫性能、安全芯片自恢復測試）、數據串口通訊測試、射頻電路讀寫距離、射頻工作頻率、讀寫交易時間等一系列測試內容。[2]

軟件測試主要是對讀寫器基本功能測試、通訊報文測試、票卡交易流程測試、TP軟件更新和參數下載更新測試。主要測試內容如下：

(1)基本功能測試，包括初始化讀寫器模式、讀取讀寫器狀態、參數查詢、尋卡、讀驗卡等測試內容。

(2)通訊報文測試，包括通信協議測試，多幀通信測試。測試軟件除正常通信協議報文的測試，還將模擬各種故障的通訊報文，以確保讀寫器的通訊的可靠性。

(3)票卡交易流程測試，包括重復進出站、軌道交通單程票類、軌道交通CPU卡類、甬城通M1卡類、甬城通CPU卡類、市民卡CPU卡類、交通部CPU卡類、銀聯ODA類、二維碼類和手機NFC類的交易流程測試和異常業務的票卡更新流程測試。票卡交易流程主要有單程票的售票、退票，AGM的進站、出站，BOM的重復進站更新、無入站更新、超時更新、超程更新、超時超程更新等內容。

(4)TP軟件更新和參數下載更新測試，主要是測試讀寫器的TP軟件接收，異常TP軟件拒絕、正常TP軟件在線更新，運營參數的下載及更新測試，黑名單白名單卡測試。

■2.3 兼容性測試

兼容性又稱互操作性，雖然寧波軌道交通一開始制定了《寧波軌道交通AFC技術標準規范》，但是不同AFC集成商在具體的讀寫器設計時，對標準理解的不一致導致不同廠商的讀寫器失去了互操作的能力，因此自研的讀寫器的兼容性測試非常重要，是自研讀寫器的大規模應用的關鍵。

讀寫器兼容性測試分二個階段進行，第一階段，在軌道實驗室上對終端設備的讀寫器進行替換測試，分別對TVM、AGM和BOM設備的讀寫器進行替換測試。兼容性測試時因存在三家不同的供貨商，需對不同供貨商的讀寫器進行替換測試，測試時要特別注意票卡交易的不同讀寫器之間的交叉性測試，最后在軌道實驗室的模擬ACC清分系統中驗證交易數據的正確性，另外銀聯ODA的數據由市民卡公司驗證交易數據的正確性。第二階段，在既有運營線路的終端設備上，分別進行讀寫器的替換，直接線上運營測試，一段時間穩定運營后，在清分中心驗證交易數據的正確性。

3 讀寫器測試平臺硬件搭建

AFC系統讀寫器測試平臺硬件主要由測試工作站、測試工控機、顯示器、測試軟件、測試票卡、讀寫器及其天線、二維碼掃描設備、測試軟件等組成，其中測試工作站模擬車站SC服務器。讀寫器測試平臺硬件組成示意圖如圖1所示。

讀寫器有一個以太網絡口ETH口，可以另接筆記本電腦對讀寫器的相關信息進行調試、查詢及監控。

4 讀寫器測試軟件的開發

讀寫器測試平臺的測試工控機運行的是Windows操作系統，而讀寫器采用的是嵌入式Linux操作系統，因此需要跨平臺的開發環境對測試軟件的開發。Qt是一個跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架。它既可以開發GUI程序，也可用于開發非GUI程序，比如控制臺工具和服務器。Qt是面向對象的框架，使用特殊的代碼生成擴展以及一些宏，Qt很容易擴展，并且允許真正地組件編程。Qt可以滿足讀寫器測試軟件的開發要求。

圖1 讀寫器測試平臺硬件組成圖

結合讀寫器的測試內容，對讀寫器的測試軟件的接口函數分析，其架構如圖2所示。[3]

圖2 讀寫器測試平臺軟件架構

根據讀寫器測試平臺的軟件接口分析，用戶的操作界面設計如圖3所示。

圖3 讀寫器測試平臺軟件界面

讀寫器串口配置可以對測試平臺軟件的串口進行配置。讀寫器測試平臺的重要內容是分析讀寫器與測試工控機的通訊，以及票卡數據的解析，以此判斷讀寫器的票卡交易數據的正確性。在交易運行過程中讀寫器將記錄每條交易數據，并存儲在讀寫器的數據庫中，讀寫器測試平臺日志分析可以顯示讀寫器的工作情況及故障原因的主要形式。此外日志還將記錄讀寫器整體的響應時間，通過分析讀寫器響應時間的測試數據，反應讀寫器的處理性能和射頻天線的響應性能。讀寫器測試平臺中的讀驗卡模塊通過機械裝置改變待測試票卡與天線的測試距離，顯示讀寫器的讀寫距離和工作范圍，一定程度反應讀寫器的硬件性能。讀寫器的狀態顯示欄顯示安全模塊PSAM的工作狀態，天線的狀態，讀寫器的工作狀態以及工作模式。

5 結論

通過寧波軌道交通AFC系統讀寫器測試內容的分析，采用Qt完成測試平臺的軟件開發，并完成測試平臺的硬件環境搭建及根據測試軟件完成對寧波軌道交通自研的讀寫器的各項測試，測試結果表明自研讀寫器的功能正常、性能提升明顯，工作可靠穩定。該讀寫器已在寧波軌道的既有運營線路上可靠穩定運行。