单片机应用系统可靠性的影响因素以及测试方法分析

2016-03-14中芯国际集成电路制造天津有限公司

电子世界 2016年10期

关键词：系统可靠性测试方法影响因素

中芯国际集成电路制造（天津）有限公司冯伟

中芯国际集成电路制造（天津）有限公司冯伟

【摘要】作为典型的嵌入式微控制器单片机应用系统对于可靠性的要求非常高。本文从阐述单片机应用系统可靠性的影响因素入手，对于单片机应用系统可靠性到测试方法进行了分析。

【关键词】单片机应用；系统可靠性；影响因素；测试方法

单片机应用系统可靠性实际上受到了系统的抗干扰能力和数据采集误差纠正等能力的影响。因此在此基础上通过应用完善的测试方法就能够更加及时的发现可能影响到系统稳定性的因素，并且予以排除了。

一、单片机应用系统可靠性的影响因素

单片机应用系统可靠性的影响因素有很多，以下从系统抗干扰能力、数据采集误差、监控程序不完善、服务程序死循环等方面出发，对于单片机应用系统可靠性的影响因素进行了分析。

1.系统抗干扰能力

系统抗干扰能力差必然会对于系统整体的可靠性带来不利的影响。众所周知可靠性是单片机应用系统的重要性能指标之一，并且这一关键性指标实际上是由多种因素所决定的。因此这意味着系统的设计者与开发商在提高硬件系统抗干扰能力的同时还应当确保软件抗干扰设计能够更加灵活并且可以有效的节省硬件资源，这就代表着更高的可靠性。系统本身的价值也会受到更多的重视。其次，抗干扰能力差往往会导致测控系统的控制顺序受到扰乱，或者是因为干扰以及掉电后造成非正常复位。因此系统抗干扰能力对于一个测控系统来说就显得尤为重要了。

2.数据采集误差

数据采集误差往往会造成系统的程序飞走失控，最终的结果往往是陷入死循环或非正常复位。数据采集误差的存在会使得系统的运作受到很大程度的干扰。众所周知单片机在硬件方面可以采取种种抗干扰措施，但是这一单方面的抗干扰实际上并不能够消除误差现象的持续。因此这意味着还需要同时从软件方面采取适当措施，才能够在次基础上取得更加良好的抗干扰效果。其次，针对数据采集误差情况的出现，工作人员首先应当恢复一些必要的系统数据，例如显示模块的初始化和片外扩展芯片的初始化等，然后在此基础上在对于测控系统的系统状态和运行参数等予以恢复，最终能够更为细致地对系统的重要数据予以备份，并且有效的保证恢复的数据的可靠性。

3.监控程序不完善

抗干扰能力较差代表着系统稳定性与可靠性的低下。众所周知现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有单片机。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多监控程序的我不玩算在许多计算机工程实践中常常出现。针对情况这一许多技术人员通常会选择对于几种监控程序进行同时使用，期待可以起到互相补充和完善的效果。但是在这一过程中注意的是，由于硬件抗干扰是主动的，而软件是抗干扰是被动的。因此为了能够取得较好的抗干扰效果。只有技术人员更加细致周到地分析干扰源，并且在这一过程中将硬件与软件抗干扰相结合，才能够真正的起到完善系统监控程序，的效果。

4.服务程序死循环

服务程序死循环是当乱飞程序落到此区后自动入轨的情况。工作人员在应对服务程序死循环时首先确定初步方案包括模块功能、信息流向、输入输出的描述说明。在这一步，仿真是进行方案选择时有力的决策支持工具。在这一过程中由于硬件设计会影响到软件程序结构。如果系统中增加某个硬件接口芯片，而给系统程序的模块化带来了可能和方便。与此同时，由于程序服务死循环的出现主要是因为在用户程序区各模块之间的空余单元存在着陷阱指令。并且在这一过程中需要注意的是，服务程序死循环的出现还主要是因为指令冗余或软件陷阱无法起作用。因此这意味着使程序从死循环中恢复到正常状态的主要方法是设置时间监视器。在这一过程中由于时间监视器在两种：一种是硬时钟，一种是软时钟，通过对于软时钟监控法进行应用就可以取得较为良好的效果。

二、单片机应用系统可靠性测试方法

单片机应用系统可靠性测试方法是由许多先进的测试方法所共同构成的，以下从数字滤波方法、比较取舍法、增强软件容错率、软时钟监视法等方面出发，对于单片机应用系统可靠性测试方法进行了分析。

1.数字滤波方法

单片机应用系统可靠性测试的第一步是对于数字滤波方法进行合理的应用。搭建单片机最小系统应用电路，从而能够在此基础上更加的了解单片机应用系统的开发过程技术人员在数字滤波方法的应用过程中首先应当对于一点数据连续多次采样，然后对于采样数据取其算术平均值。其次，技术人员在数字滤波方法的应用过程中可以明显的发现这种方法可以减少系统的随机干扰对数据采集的影响。与此同时，技术人员在数字滤波方法的应用过程中当系统受到干扰导致PC值改变后，应当将操作数作为指令码执行，从而能够在次基础上有效的避免程序出现较大程度的错误。

2. 比较取舍法

单片机应用系统可靠性测试需要对于比较取舍法进行合理的应用。技术人员在比较取舍法的应用过程中首先应当对于一点数据连续采集多次，然后在这一过程中剔除较大偏差。举例来说，许多竞技赛中常用的去掉一个最高分、去掉一个最低分的方法，或取其中相同值、接近值、平均值作为可信采样结果，这一方法在单片机应用系统中的测试中也可以获得更多的可信数据。与此同时，技术人员在比较取舍法的应用过程中还应当对于一点数据连续采样多次然后在依次排序并且取其中间值作为采样结果，最终可以确保结果输出值具有更强的数据精确性。

3.增强软件容错率

单片机应用系统可靠性测试的关键是增强软件的容错率。技术人员在增强软件容错率的过程中首先应当清醒的认识到软件容错设计是一个难以做到完美的设计工作，这主要是因为这一设计工作的进行需要设计人员全面的了解各类软件错误形态，然后在此基础上才能够决定出具体的容错算法。其次，技术人员在增强软件容错率的过程中还对于单片机系统采取一些简单的容错处理，例如技术人员可以通过对于一些重要参数的输入来要求用户两次确认，并且对于非法的参数输入则设计成单片机将自动复位。与此同时，技术人员在增强软件容错率的过程中还应当帮助系统的使用者可以更加快速而准确的确定故障部位，在有效避免了后面的指令被当作操作数执行的同时也可以让系统更好的纳入正轨。

4.软时钟监视法

单片机应用系统可靠性测试需要离不开软时钟监视法的合理应用。技术人员在软时钟监视法的应用过程中首先应当认识到环形结构的时间监视器具有良好的抗干扰性能，并且可以有效的提高系统的可靠性。其次，技术人员在软时钟监视法的应用过程中还应当努力的将乱飞程序纳入正轨，最终能够在此基础上确保这些重要指令的顺利执行。