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单片机系统在测控领域的稳定性探讨

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  近年来单片机系统在工业测控领域的应用越来越广泛,而对于环境恶劣的工业现场,这种新型的微控制器的可靠性,安全性就成为了一个大的问题。在实验室运行正常的程序到了工业现场却不能运行,或者出现运行不稳定经常死机等。在这里我们主要讨论一下如何通过软件技术来增强系统的稳定运行。
  
  当系统的CPU部位受到干扰信号的作用时,将使系统失控。最典型的故障是破坏程序计数器PC的状态值。导致程序在地址空间内“乱飞”,或者陷入死循环。而我们对这种情况的处理主要有这么几种方法:
  
  1、指令冗余技术;
  
  2、软件陷阱技术;
  
  3、看门狗技术。
  
  我们以MCS-51单片机来做以说明。
  
  一、指令冗余技术
  
  我们知道,指令由操作码和操作数组成,操作码指明CPU要完成什么样的操作,而操作数是操作码的对象。单字节指令只有操作码,隐含操作数;双字节指令,第一个字节是操作码,第二个字节是操作数;三字节指令第一个字节是操作码,后二个字节是操作数。CPU在取指令的时候是先取操作码再取操作数,如何判断是操作码还是操作数就是通过取指令的顺序。而取指令的顺序完全由指令计数器PC来控制,因此,一旦PC受干扰出现错误程序便会脱离正常轨道,出现“乱飞”,这样就会使得把操作数当作操作码,或者把操作码当作操作数的情况。但只要PC指针落在单字节指令上程序就可纳入正轨,所以为了快速的将程序纳入正轨,我们应该多用单字节指令,并在关键的地方人为的插入一些单字节指令NOP,或将有效的单字节指令重写,这就称之为指令冗余。
  
  常用的方法就是在一些双字节,三字节指令后面插入两个单字节指令NOP,或在一些对程序的流向起决定作用的指令前面插入两条NOP指令。还可对一些重要的指令进行重复放置。
  
  但采用指令冗余技术将程序纳入正轨的条件是:乱飞的PC必须指向程序运行区。
  
  二、软件陷阱技术
  
  当乱飞的程序进入非程序区的时候,我们就可设定软件陷阱对乱飞的程序进行拦截从而将程序引向一个固定的位置。这样我们就可将捕获的程序重新纳入正轨。
  
  软件陷阱主要就是把程序从新引入它的复位入口处,也就是说我们在适当的地方设置这样的指令:
  
  NOP
  
  NOP
  
  LJMP0000H
  
  对于软件陷阱的安排,我们主要安排在这样一些区域,未使用的中断区,未使用的EPROM空间及非EPROM空间。程序运行区,及中断服务程序区。在这里我们主要来看前三种:
  
  1、未使用的中断区
  
  如果对于未使用的中断因干扰而开放的话,我们可以把中断服务程序这样来写:
  
  NOP
  
  NOP
  
  POPD1;将原来的错误断点弹出
  
  POPD2;将原来的错误断点弹出
  
  PUSH00H
  
  PUSH00H;将断点地址重写为0000H
  
  RETI
  
  2、未使用的EPROM区

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