單片機系統(tǒng)在測控領域的穩(wěn)定性探討

時間：2023-05-01 09:49:05 計算機論文我要投稿

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近年來單片機系統(tǒng)在工業(yè)測控領域的應用越來越廣泛，而對于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，這種新型的微控制器的可靠性，安全性就成為了一個大的問題。在實驗室運行正常的程序到了工業(yè)現(xiàn)場卻不能運行，或者出現(xiàn)運行不穩(wěn)定經常死機等。在這里我們主要討論一下如何通過軟件技術來增強系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

當系統(tǒng)的CPU部位受到干擾信號的作用時，將使系統(tǒng)失控。最典型的故障是破壞程序計數(shù)器PC的狀態(tài)值。導致程序在地址空間內“亂飛”，或者陷入死循環(huán)。而我們對這種情況的處理主要有這么幾種方法：

1、指令冗余技術；

2、軟件陷阱技術；

3、看門狗技術。

我們以MCS-51單片機來做以說明。

一、指令冗余技術

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，第一個字節(jié)是操作碼，第二個字節(jié)是操作數(shù)；三字節(jié)指令第一個字節(jié)是操作碼，后二個字節(jié)是操作數(shù)。CPU在取指令的時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數(shù)器PC來控制，因此，一旦PC受干擾出現(xiàn)錯誤程序便會脫離正常軌道，出現(xiàn)“亂飛”，這樣就會使得把操作數(shù)當作操作碼，或者把操作碼當作操作數(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，我們應該多用單字節(jié)指令，并在關鍵的地方人為的插入一些單字節(jié)指令NOP，或將有效的單字節(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)指令后面插入兩個單字節(jié)指令NOP，或在一些對程序的流向起決定作用的指令前面插入兩條NOP指令。還可對一些重要的指令進行重復放置。

但采用指令冗余技術將程序納入正軌的條件是：亂飛的PC必須指向程序運行區(qū)。

二、軟件陷阱技術

當亂飛的程序進入非程序區(qū)的時候，我們就可設定軟件陷阱對亂飛的程序進行攔截從而將程序引向一個固定的位置。這樣

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