為了解決上述兩個(gè)隱患,有如下具體編程。其中,START0為系統(tǒng)上電復(fù)位完全初始化于程序入口,ER-ROR為程序跑飛后軟件陷阱回復(fù)應(yīng)進(jìn)行的系統(tǒng)部分初始化和相關(guān)資源的檢查與修復(fù)程序入口,LOOP是用戶應(yīng)用程序功能模塊入口。
ORG0000H
LJMP START
ORG 0100H
START： MOV C,PSW．5
JC ERROR
SETB C
MOV PSW.5,C
LCALL STARTO
LJMP LOOP
ERROR： ……
L00P： …… ;應(yīng)用程序功能模塊
LJMP LOOP
ORG 0200H
NOP
NOP
MOV DPTR,#ERRl
PUSH DPL
PUSH DPH
RETl ;關(guān)閉第1級(jí)中斷,并跳轉(zhuǎn)到ERRl處
CRRl： CLR A
PUSH ACC
PUSH ACC
RETI ;關(guān)閉第2級(jí)中斷,軟件回復(fù)到0000H處
3 軟件陷阱在用戶應(yīng)用程序中的安排位置
軟件陷阱程序段可以插入到主程序中或者中斷服務(wù)子程序中。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,對(duì)軟件陷阱程序段的位置安排可以有5種方式。
(1)在主程序的應(yīng)用功能模塊之間
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí),將軟件陷阱程序段分散地放在各應(yīng)用功能模塊之間空余的程序存儲(chǔ)器單元里。當(dāng)用戶應(yīng)用程序正常運(yùn)行時(shí),這些軟件陷阱程序段并不會(huì)執(zhí)行,但是,當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的CPU受干擾而使程序失控時(shí),程序計(jì)數(shù)器PC指針一旦落入這些陷阱區(qū),就可以馬上將跑飛的程序拉回到正確的軌道。這種方法的確很有效。軟件陷阱的多少一般依據(jù)用戶應(yīng)用程序大小而定,一般1KB的用戶應(yīng)用程序有2~3個(gè)軟件陷阱就可以了,具體方法如下：
應(yīng)用功能模塊1
軟件陷阱程序段
應(yīng)用功能模塊2
軟件陷阱程序段
(2)在閑置未使用的EPROM／Flash ROM空間
在閑置未使用的EPROM／Flash ROM空間設(shè)置軟件陷阱,即在這些閑置未使用的EPROM／Flash ROM空間寫滿代碼“0000020202H”。值得注意的是,最后兩個(gè)存儲(chǔ)單元一定要分別寫入代碼“OOH”。當(dāng)程序跑飛而進(jìn)入此區(qū)后,便會(huì)被軟件陷阱迅速拉回正常軌道。
（3）在中斷服務(wù)子程序中
軟件看門狗(soltware watchdog)實(shí)際上是軟件陷阱的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。以MCS-5l系列單片機(jī)為例,在系統(tǒng)初始化時(shí)將MCU內(nèi)部的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0設(shè)置為定時(shí)器,并將TO定時(shí)溢出中斷設(shè)置為高級(jí)中斷．如果系統(tǒng)采用6 MHz時(shí)鐘,可以用如下的初始化程序段使TO定時(shí)約130 ms來形成軟件看門狗：
MOV TMOD, #01H ;將T0設(shè)置為16位定時(shí)器
SETB ETO ;允許TO中斷
SETB PTO ;將TO定時(shí)溢出中斷設(shè)置為高級(jí)中斷
MOV TH0,#0;給TO賦初值,定時(shí)約130/ms
MOV TLO,#0
SETB TR0 ;啟動(dòng)T0開始定時(shí)
SETB EA ;允許CPU中斷
另外,TO定時(shí)溢出中斷服務(wù)子程序編程如下：
INTO-PRo; MOV A,#02H
PUSH ACC
PUSH ACC
RET1 ;中斷返回到0202H單元
當(dāng)用戶應(yīng)用程序運(yùn)行正常時(shí),在小于130 ms的時(shí)間內(nèi),CPU應(yīng)該及時(shí)“喂狗”一一執(zhí)行清狗指令“MOV THO,#0”和“MOV TLO,#0”。這樣,TO就不會(huì)產(chǎn)生定時(shí)溢出,從而T0定時(shí)溢出中斷服務(wù)子程序不會(huì)被執(zhí)行。但是,當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的CPU受干擾而使程序失控時(shí),CPU就不會(huì)及時(shí)執(zhí)行清狗指令,以致于產(chǎn)生TO定時(shí)溢出中斷,就可以馬上將跑飛的程序拉回到正確的軌道。實(shí)現(xiàn)及時(shí)“喂狗”的具體方法是在用戶應(yīng)用程序中的適當(dāng)位置插入指令“MOV TH0,#0”和“MOV TLO,#O”。實(shí)際上,TO定時(shí)溢出中斷服務(wù)子程序就是一個(gè)軟件陷阱,一旦執(zhí)行T0定時(shí)溢出中斷服務(wù)子程序,就是把跑飛的程序強(qiáng)行拉回到0202H程序存儲(chǔ)器單元。由前面的分析可知,已經(jīng)跑飛的程序可以迅速地被納入正確的軌道。
(4)在未使用的程序存儲(chǔ)器地址空間
對(duì)MCS-51系列單片機(jī)而言,程序計(jì)數(shù)器PC的尋址范圍是0000H~FFFFH,共64 KB;然而,在實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,一般沒有使用到64 KB的程序存儲(chǔ)器,這樣就會(huì)余下大量的程序存儲(chǔ)器地址空間。例如,系統(tǒng)中僅選用了1片2764作為程序存儲(chǔ)器,其地址空間為8 KB。那么將有56 KB程序存儲(chǔ)器地址空間被閑置。當(dāng)CPU受到干擾而使程序計(jì)數(shù)器PC指向這些被閑置的程序存儲(chǔ)器地址空間時(shí),CPU取指令得到的指令代碼為“0FFH”(這個(gè)結(jié)論可以根據(jù)圖3所示電路分析后得出)。該代碼是“MOV R7,A”指令的機(jī)器碼。顯而易見,當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的CPU受干擾而使程序失控時(shí),程序計(jì)數(shù)器PC指針一旦落入這些被閑置的程序存儲(chǔ)器地址空間時(shí),CPU執(zhí)行該指令不僅將錯(cuò)誤地修改寄存器R7的內(nèi)容,而且無法將跑飛的程序納入正確的軌道�？梢允褂孟旅娴能浖葳寮夹g(shù)解決這個(gè)問題。
如圖3所示,EPROM芯片2764的地址空間為0000H~lFFFH,譯碼器74LSl38的輸出Y0為其片選信號(hào),2000H~FFFFH為未使用的程序存儲(chǔ)器空間。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC的值落入2000H~FFFFH空間時(shí),一定有Y0為高電乎;當(dāng)取指令操作時(shí),PSEN為低電平,則74LS244的選通信號(hào)有效,所以74LS244被選中。進(jìn)一步分析圖3所示電路可知,當(dāng)用戶應(yīng)用程序失控而程序計(jì)數(shù)器PC指向被閑置的程序存儲(chǔ)器地址空間2000H~FFFFH時(shí),總線驅(qū)動(dòng)器74LS244被選通,這時(shí)CPU通過總線讀入的指令機(jī)器碼為020202H,正好是一條轉(zhuǎn)移指令“LJMP0202H”,這樣,使程序計(jì)數(shù)器PC指向0202H程序存儲(chǔ)器單元。由前面的分析可知,已經(jīng)跑飛的程序可以迅速地被納入正確的軌道。
(5) 對(duì)外部RAM寫操作實(shí)旆監(jiān)控保護(hù)而設(shè)置軟件陷阱
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中,一般保存了大量的預(yù)置數(shù)據(jù)和程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的寫入是由“MOVX@DPTR,A”指令來完成的。當(dāng)CPU受干擾程序跑飛而誤執(zhí)行了該指令時(shí),就會(huì)改寫RAM中內(nèi)容,導(dǎo)致RAM中的重要數(shù)據(jù)丟失。為了減小這種RAM中數(shù)據(jù)丟失的可能性,應(yīng)在外部RAM寫操作之前,對(duì)寫操作進(jìn)行條件判斷。如果條件滿足才執(zhí)行寫入操作;如果條件不滿足,則將寫入操作屏蔽,并使程序落入陷阱,進(jìn)入死循環(huán)。在程序落人死循環(huán)陷阱后,便只能由其他軟、硬件抗干擾技術(shù)(如看門狗技術(shù))使系統(tǒng)退出死循環(huán)陷阱,從而使系統(tǒng)恢復(fù)正常。具體源程序代碼如下(不妨設(shè)要寫入外部RAM的內(nèi)容存放在累加器A中,要寫入數(shù)據(jù)的外部RAM單元地址存放在DPTR中)：
MOV 6EH, #55H
MOV 6FH, #OAAH
LCALL WRlTE
RET
WRITE：NOP
CINE 6EH,#55H,TRAP
;寫入條件是(6EH)=#55H
CJNE 6FH,#OAAH,TRAP且(6FH)=#OAAH
MOVX @DPTR,A
NOP
M0V 6EH,#00H
M0V 6FH,#OOH
RET
TRAP, SJMP TRAP ;落入死循環(huán)陷阱
4 結(jié) 論
與第1種形式的軟件陷阱技術(shù)比較,第2種形式的軟件陷阱技術(shù)消除了兩個(gè)嚴(yán)重的隱患,因此,第2種形式的軟件陷阱技術(shù)是一種有效實(shí)用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)。本文所介紹的軟件陷阱技術(shù)已成功地使用在多個(gè)實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
