论单片机应用系统的可靠性设计

2018-12-06杜仲平潘阳阳

商品与质量 2018年50期

关键词：看门狗陷阱指令

杜仲平潘阳阳

1.山东科力光电技术有限公司山东济南 250000 2.济宁科力光电产业有限责任公司山东济宁 272000

当前在我国各个领域，运用单片机的范围越来越广泛，例如金融、农业自动化、工业控制等等，如何保证单片机应用系统的可靠性，成为研究领域的重要课题。单片机分为硬件系统软件系统等。进行可靠时设计要考虑多种因素。

1 单片机硬件系统可靠性

（1）在系统进行硬件设计加工时，选用质量好的插件进行工艺结构设计，将合格的元器件进行严格的筛选测试，对于技术参数余量和元器件等进行分析研究，得到相关的印制组装的质量参数。

（2）单片机需要增加容忍故障的能力，如果系统百分之百没有故障，则在部件发生故障的时候，系统依然要正常的工作。系统中增加适当的冗余单元，要保证某个部件发生故障时有冗余部件接替，出错前的状态进行工作，可以在子系统或者是元件及系统中进行，用于设计容易设计，可以使用两套设备相互备用的方式进行。

（3）对于硬件抗干扰措施，采用单面机系统不稳定设计理念，对于电磁耦合和导线传输等电磁干扰信号，容易发生故障的部位，进行系统监控和电路检测。自动报警系统是当前较为常用的系统工作状态，采用电源故障监视，电子狗定时器等，都可以对系统发生的故障和错误进行监测。例如看门狗电路中，芯片就包含了看门狗定时器，通过软件对于系统的监控时间进行预制,输出看门狗定时器预制时间，经过微分电路输出，正脉冲复位CPU、上电复位、人工复位等都属于cpu复位信号[1]。

2 单片机软件系统设计

通过综合RESET端将CPU的振荡器在时间常数的规定范围内进行工作，短时间内开门口电路可以实现循环周期的运行。开门口的定时时间可以在软件的合适地方，加上较大循环周期的时间设定，无法捕捉回程序时，可以防止系统跑飞，系统不会复位，而且在正常工作下可以迫使系统自动复位，应该在适当的地方注意进行指令的设置，保证程序能够正常运行[2]。

（1）软件可靠性设计。使用单片机进行软件设计的时候，要保证整个系统能够达到软硬件紧密结合，软件的可靠性设计在提高硬件可靠性的前提下，从长期使用测试等方面来解决可靠性的问题。

工业控制的场景下，系统可靠性是单片机系统抗干扰能力等。这些重要指标包含了单片机的指令系统，复杂指令集结结构，单片机软件抗干扰设计，包括了工业控制，抗干扰措施等等，将程序拉入到正常轨道，可以防止跑飞程序发生，还可以规避软件陷阱等[3]。

（2）指令用于是在双字节等关键地方取得操作数和操作码。根据指令过程中的相应的环节，从跑飞程序到双字节指令，使用窄操作指令NOP避免后面的指令错误执行，为程序纳入正轨做好准备。

在指令插入后，可以实行质量的跑，非纳入到正轨之后，确保这些重要指令的执行。需要注意的是，CPU不再将操作数当作操作码错误执行，而需要纠正程序的错误执行方向，将程序的错误执行方向扭转过来，还需要实行跑飞程序的指令，插入致命令。

（3）设计软件陷阱，要考虑到程序存储器中的填入指令，在执行一段空操作后，转入未使用的空间，均匀地插入只跳转指令和空操作指令。在空操作指令中设置一定的结构，这个结构可以防止软件陷阱发生。

在程序执行阶段，错误操作后，如果遇到一个软件限定，那么软件部分发生陷阱的错误是无法执行的。数据表较大的情况下，软件陷阱中会出现执行错误操作，修正之后才能转入正轨。除了程序存储器的空白区域，还有在数据表的中间设置软件陷阱，保证程序跑飞到数据区，及时转入程序存储器之后，在两个子程序中间设置软件陷阱，及时捕获错误中断，在对应的中断服务器程序中设置软件陷阱，使用中断干扰开放的形式，将干扰的情况和存储器的容量进行确定。如果太多占用大量的程序存储器，则不可能出现跑飞拦截。

（4）软件看门狗技术是一种通过不断检测程序循环运行，来达到对错误操作进行纠正的程序。在实际应用中，如果发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则可以定时检查主程序的运行情况。在选择一个字节的时候，定时器的中断服务程序，可以一次性将存储器中的循环进行检查，系统如果陷入死循环，则看门狗寄存器可能会发生改变。此时如果是在工业运行中就要采用环形中断揭示系统，破坏中断方式，关闭中断用定时器，通过上述操作，看门狗实现了定时启动。

采用这种环形结构，可以使看门狗具有很好的抗干扰性能。定时器不能进行中段的时候，可以采用窗口通讯的测控系统，全盘合理考虑软件看门狗技术，采取技巧性的处理方式，运用好定时器资源，就能完成定时功能，以及软件看门狗功能。在检查RAM区发现了严重干扰的时候，可以在程序执行过程中，对于不能可靠运行下去的单片机系统进行检查，如果发现有改变数据的情况，则可以立即执行相关语句。强制单片机中的数据发生变化进行复位[4]。