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近年來單片機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，而對(duì)于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種新型的微控制器的可靠性，安全性就成為了一個(gè)大的問題。在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行正常的程序到了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)卻不能運(yùn)行，或者出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定經(jīng)常死機(jī)等。在這里我們主要討論一下如何通過軟件技術(shù)來增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 當(dāng)系統(tǒng)的 CPU 部位受到干擾信號(hào)的作用時(shí)，將使系統(tǒng)失控。最典型的故障是破壞程序計(jì)數(shù)器 PC 的狀態(tài)值。導(dǎo)致程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，或者陷入死循環(huán)。而我們對(duì)這種情況的處理主要有這么幾種方法： 1、 指令冗余技術(shù)； 2、 軟件陷阱技術(shù)； 3、 看門狗技術(shù)。 我們以 MCS-51 單片機(jī)來做以說明。 一、指令冗余技術(shù) 我們知道，指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼指明 CPU 要完成什么樣的操作，而操作數(shù)是操作碼的對(duì)象。單字節(jié)指令只有操作碼，隱含操作數(shù)；雙字節(jié)指令，第一個(gè)字節(jié)是操作碼，第二個(gè)字節(jié)是操作數(shù)；三字節(jié)指令第一個(gè)字節(jié)是操作碼，后二個(gè)字節(jié)是操作數(shù)。 CPU 在取指令的時(shí)候是先取操作碼再取操作數(shù)，如何判斷是操作碼還是操作數(shù)就是通過取指令的順序。而取指令的順序完全由指令計(jì)數(shù)器 PC 來控制，因此，一旦 PC 受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤程序便會(huì)脫離正常軌道，出現(xiàn)“亂飛”，這樣就會(huì)使得把操作數(shù)當(dāng)作操作碼，或者把操作碼當(dāng)作操作數(shù)的情況。但只要 PC 指針落在單字節(jié)指令上程序就可納入正軌，所以為了快速的將程序納入正軌，我們應(yīng)該多用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為的插入一些單字節(jié)指令 NOP ，或?qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重寫，這就稱之為指令冗余。 常用的方法就是在一些雙字節(jié)，三字節(jié)指令后面插入兩個(gè)單字節(jié)指令 NOP ，或在一些對(duì)程序的流向起決定作用的指令前面插入兩條 NOP 指令。還可對(duì)一些重要的指令進(jìn)行重復(fù)放置。 但采用指令冗余技術(shù)將程序納入正軌的條件是：亂飛的 PC 必須指向程序運(yùn)行區(qū)。 二、軟件陷阱技術(shù) 當(dāng)亂飛的程序進(jìn)入非程序區(qū)的時(shí)候， 我們就可設(shè)定軟件陷阱對(duì)亂飛的程序進(jìn)行攔截從而將程序引向一個(gè)固定的位置。這樣我們就可將捕獲的程序重新納入正軌。 軟件陷阱主要就是把程序從新引入它的復(fù)位入口處，也就是說我們?cè)谶m當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)置這樣的指令： NOP NOP LJMP 0000H 對(duì)于軟件陷阱的安排，我們主要安排在這樣一些區(qū)域，未使用的中斷區(qū)，未使用的 EPROM 空間及非 EPROM 空間。程序運(yùn)行區(qū)，及中斷服務(wù)程序區(qū)。在這里我們主要來看前三種： 1、 未使用的中斷區(qū) 如果對(duì)于未使用的中斷因干擾而開放的話，我們可以把中斷服務(wù)程序這樣來寫： NOP NOP POP D1 ；將原來的錯(cuò)誤斷點(diǎn)彈出 POP D2 ；將原來的錯(cuò)誤斷點(diǎn)彈出 PUSH 00H PUSH 00H ；將斷點(diǎn)地址重寫為 0000H RETI 2、 未使用的 EPROM 區(qū) 假設(shè)我們用了一片 2764 ，但并沒有用完整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。這時(shí)候就可在未用的區(qū)域里填充上 020000 數(shù)據(jù)，這樣當(dāng)程序飛入其中時(shí)就會(huì)很快的走入正軌。這條指令其實(shí)是“ LJMP 0000H ”的機(jī)器碼。 3、 非 EPROM 空間 單片機(jī)系統(tǒng)的程序空間是 64K ，正常情況下我們所使用的 EPROM 不會(huì)占用所有的空間，假設(shè)我們現(xiàn)在的 EPROM 占用 16K 的空間那么剩下的 48K 空間就被閑置不用了。當(dāng)亂飛的 PC 落入這些空間時(shí)，讀入的數(shù)據(jù)將為 FFH ，這是 ： MOV R7 ， A 指令的機(jī)器碼，將修改 R7 的內(nèi)容。因此，當(dāng)程序亂飛入非 EPROM 芯片區(qū)后，不僅無法導(dǎo)入正規(guī)，面且破壞了 R7 的內(nèi)容。 我們知道，當(dāng) CPU 讀程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，伴隨著會(huì)產(chǎn)生一個(gè) PSEN 信號(hào)，我們就可利用這個(gè)信號(hào)，再加上一個(gè)非 EPROM 區(qū)的地址譯碼信號(hào)，構(gòu)成一個(gè)選通信號(hào)來起動(dòng)一個(gè)空閑的中斷，再用軟件陷井的方法從中斷程序中把程序?qū)胝?guī)。我們可看下面的一個(gè)圖： |
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