資料介紹
單片機應用系統的抗干擾具體可分為軟件和硬件兩方面,其中,軟件抗干擾以其設計靈活、節省硬件資源、降低成本等優勢越來越得到廣泛采用。軟件抗干擾技術主要有“指令冗余技術”、“軟件陷阱技術”、“軟件看門狗技術”、“數字濾波技術”等。本文就軟件陷阱技術對單片機應用系統抗干擾的原理與具體實現方法進行探討和研究,給出實現軟件陷阱技術的兩種形式,并將該技術成功地使用在多個實際的單片機應用系統中,保證系統的可靠運行。
1、 程序跑飛和軟件陷阱技術概述
程序正常運行時,程序計數器PC始終指向正在執行的這條指令的下一條指令的第一個字節的程序存儲器單元地址,這樣就保證了單片機能夠正確地讀取每一條指令的各個字節,即CPU先讀取操作碼,再讀取操作數(如果有操作數字節的話)。在MCS-51系列單片機中,程序計數器PC的尋址范圍是0000H~FFFFH,共64 KB。用戶應用程序中,根據系統要求,規定了程序運行的惟一路徑。這體現在系統上電后,程序計數器PC有唯一的變化歷程,保證了程序正常、有序地運行。程序跑飛是指系統受到某種干擾后,程序計數器PC的值偏離了給定的唯一變化歷程,導致程序運行偏離正常的運行路徑。程序跑飛因素及后果往往是不可預計的。
在很多情況下,程序跑飛后系統會進入死循環而導致死機。這時,應采取有效措施引導跑飛的程序盡快退出死循環并迅速復位。實踐證明,軟件陷阱技術能有效引導跑飛的程序盡快退出死循環并迅速復位。
2、 兩種軟件陷阱技術的比較分析
當單片機應用系統的CPU受到干擾時,不良影響的主要形式有:
① 非正常修改程序計數器PC指針;
② 改寫可編程輸出端口的狀態;
③ 非正常修改重要數據區的數據。以上三個方面的不良影響會使單片機應用系統程序失控,控制狀態失靈,其后果是非常嚴重的,它甚至會使系統崩潰,造成嚴重的工業事故。以上幾個方面的不良影響可以使用軟件陷阱技術加以解決。現將這一技術的實現方法歸納總結為兩種。
2.1 軟件陷阱技術實現形式之一
單片機應用系統的用戶應用程序一般由循環結構的主程序和中斷服務子程序組成,主程序的結構如圖1所示。將下面的軟件陷阱程序段插入到用戶應用程序中(如何插入的問題將在下面的第3點中詳細討論),即在用戶應用程序存儲器不用區域寫入代碼“OO00020000H”。
NOP NOP LJMP O000H
當單片機應用系統工作正常時,單片機的CPU不會執行軟件陷阱程序段;但是,當單片機應用系統受到干擾而程序跑飛后,由于程序計數器PC值錯誤,破壞了正常的指令格式,導致執行非正常指令,從而執行軟件陷阱程序段,落入軟件陷阱,將跑飛的程序引導到復位入口地址0000H。
1、 程序跑飛和軟件陷阱技術概述
程序正常運行時,程序計數器PC始終指向正在執行的這條指令的下一條指令的第一個字節的程序存儲器單元地址,這樣就保證了單片機能夠正確地讀取每一條指令的各個字節,即CPU先讀取操作碼,再讀取操作數(如果有操作數字節的話)。在MCS-51系列單片機中,程序計數器PC的尋址范圍是0000H~FFFFH,共64 KB。用戶應用程序中,根據系統要求,規定了程序運行的惟一路徑。這體現在系統上電后,程序計數器PC有唯一的變化歷程,保證了程序正常、有序地運行。程序跑飛是指系統受到某種干擾后,程序計數器PC的值偏離了給定的唯一變化歷程,導致程序運行偏離正常的運行路徑。程序跑飛因素及后果往往是不可預計的。
在很多情況下,程序跑飛后系統會進入死循環而導致死機。這時,應采取有效措施引導跑飛的程序盡快退出死循環并迅速復位。實踐證明,軟件陷阱技術能有效引導跑飛的程序盡快退出死循環并迅速復位。
2、 兩種軟件陷阱技術的比較分析
當單片機應用系統的CPU受到干擾時,不良影響的主要形式有:
① 非正常修改程序計數器PC指針;
② 改寫可編程輸出端口的狀態;
③ 非正常修改重要數據區的數據。以上三個方面的不良影響會使單片機應用系統程序失控,控制狀態失靈,其后果是非常嚴重的,它甚至會使系統崩潰,造成嚴重的工業事故。以上幾個方面的不良影響可以使用軟件陷阱技術加以解決。現將這一技術的實現方法歸納總結為兩種。
2.1 軟件陷阱技術實現形式之一
單片機應用系統的用戶應用程序一般由循環結構的主程序和中斷服務子程序組成,主程序的結構如圖1所示。將下面的軟件陷阱程序段插入到用戶應用程序中(如何插入的問題將在下面的第3點中詳細討論),即在用戶應用程序存儲器不用區域寫入代碼“OO00020000H”。
NOP NOP LJMP O000H
當單片機應用系統工作正常時,單片機的CPU不會執行軟件陷阱程序段;但是,當單片機應用系統受到干擾而程序跑飛后,由于程序計數器PC值錯誤,破壞了正常的指令格式,導致執行非正常指令,從而執行軟件陷阱程序段,落入軟件陷阱,將跑飛的程序引導到復位入口地址0000H。
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