单片机软件抗干扰编程技术的探讨

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系统“跑飞”的软件处理技术
图*
+$ 中断程序监控工作原理
+# 中断服务程序监控 +$ 中断服务程序的运行状 态，+# 中断优先级高于 +$，在系统中设定 %$、 %’ 两个单元监测 +$ 的运行，%$ 的初始值为 ##.， +$ 每 中断一次，%$ 自动加 $，在 +# 中断服务程序中检测 %$，若 %$ / #，则说明 +$ 工作正常，此时，中断程 序将 %$、 %’ 单元清零，正常中断返回。若 %$ 0 #， 则 %’ 1 $，并检测 %’ 是否大于 ! ， ! 由下述公式计 算，假设 +# 中断定时时间为 ’# 23， +$ 中断定时时 间为 $# 23， +$ 最大允许失效时间为 +极限 0 4# 23。 ! "’# & +极限 ! & ! 若 ! / !，则说明在 4# 23 的时间里 +$ 没有正常 中断，肯定是 +$ 发生了故障。设 ,5 0 %$、 ,* 0 %’， 其工作原理如图 5 所示。 由于 +# 的中断优先级高于 +$，所以 +$ 无论是 发生“中断故障关闭”还是“死循环”都会被 +# 检 测出来。 这种多重故障监视法，使得系统有很高的抗干扰 能力，但也要注意，定时器 +# 是整个抗干扰系统的
图)
主程序监控工作原理
万方数据 图 ! 高级看门狗工作模式
%# 中断程序除完成系统要求的特定监控任务之 外，还要监控主程序的运行状况，在系统中设置一个 中断 %# 的计数器 -，每发生一次 %# 中断， - 加 #， 该计数器在主程序入口处循环清零，主程序运行时间 为 - 与 %# 中断定时时间的乘积，若 %" 测得 - 中的 数值所表示的时间超过主程序一次正常测控循环的限 定时间，则说明主程序陷入死循环， %" 中断程序返 回 """", 处，重新引导系统，使系统逃出死循环。假 设主程序中一次测控循环时间为 &" ’(，而 %# 中断定 时时间为 #" ’(，%# 中断服务时间为 & ’(，则： -极限 !" # $" % $" & . $&（余量）
9 概述
作为嵌入式系统典型应用的单片机应用系统，其 工作环境较之其他类型的计算机系统的工作环境要恶 劣，但又往往要求单片机系统具有很强的实时响应功 能，对外界环境能够实时反应，这就要求单片机系统 具有很高的工作可靠性，有一定的抗干扰能力。单片 机应用系统的抗干扰技术一直是系统开发者所关心的 问题之一，在有些应用开发中，提高系统的抗干扰能 力甚至是系统开发能否成功的关键。抗干扰技术主要 有硬件抗干扰和软件抗干扰两种方法。 所谓硬件抗干扰技术主要是指采取合理的选择器 件、输入 N 输出光电隔离、对 1? 器件配置合理的去藕 电容、按可靠性原则合理的设计 O?/ 板等措施，从而 抑制外界有害信号对系统的干扰的抗干扰方式。是一 种主动抗干扰方式。 而软件抗干扰技术主要是指在单片机系统中建立 抗干扰软件子系统，当受到外界干扰后，若系统程序 脱离正常运行状态，系统中的抗干扰子软件系统将引 导系统程序进入正常的运行状态的软件技术。是一种 被动式抗干扰技术。 有资料表明，计算机系统受到外界干扰后，,#P 的故障表现为系统应用程序脱离正常的工作轨道，从 而导致系统瘫痪或工作不正常，因此文章主要讨论如 何用软件方法使由于外界干扰导致不正常工作的系统
收稿日期： "##" ( #) ( #$。 作者简介： 李强 （%’*$ ( ） ， 男， 陕西省西安市人， 硕士， 工程师， 主要从事嵌入式应用系统、 计算机智能控制方面的应用研究。
程序进入正常的运行状态。 系统软件工作不正常主要有以下两种形式，一是 程序“跑飞” ，二是程序进入“死循环” ，针对以上两 种情况探讨软件对策。也就是讨论如何用软件方法引 导系统程序恢复正常的工作状态。
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（"##$） 文章编号： %*)% ( &+’, #& ( #"’’ ( #& 中图分类号： -.’)$ ! $ 文献标识码： /
万方数据
（"）程序正常运行时，定期进行 -% 计数初值重 置（喂狗） ，正常情况工作模式如图 % 所示；异常情
・ !"" ・ 计算机测量与控制 第 ## 卷 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 况工作模式如图 $ 所示。 高级软件看门狗技术：该软件技术的编程思想如 图 ! 所示。利用两个工作于中断方式的定时器和主程 序之间实现互锁监控，从而提高软件系统的工作可靠 性。 当系统受到干扰后，可能出现以下情况，主程序 发生死循环、中断程序发生死循环、由于中断方式字 遭到破坏而关闭中断，由 %# 中断服务程序监视主程 序可能发生的死循环，由主程序监视 %" 中断可能发 生的故障关闭，而由 %" 监视 %# 可能发生的故障关闭 和死循环，采用这种多重故障监视法，使系统的可靠 性得到了极大地提高。 该软件程序主要由主程序， %" 中断服务程序和 %# 中断服务程序 ! 部分组成，其中 %" 可设为高级中 断，而 %# 为低级中断。这样 %# 中断程序可以被 %" 所中断，形成中断嵌套。 主程序除完成正常的测控工作之外，还要监测 %" 是否由于外界干扰而关闭。因此，设定 %" 定时时 间小于主程序的测控循环时间，如主程序测控循环时 间为 &" ’(，而 %" 定时时间为 $" ’(，工作原理如图 ) 所示。这样在主程序的一个测控循环中 %" 应至少产 生一 次 中 断，可 以 在 程 序 中 设 定 一 个 测 试 位 * + （$",） ，每次 %" 中断发生时将 * 置位，在主程序正 常的测控循环入口处，将 * 清零，在测控循环的出 口处测试 * 是否为 " ，若为 "，说明 %" 中断已经由 于外界干扰而关闭，主程序转到地址 """", 处，系统 重新复位引导，若 * 为 # 说明 %" 工作正常。
第!期 李强：单片机软件抗干扰编程技术的探讨 ・ "#$ ・ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! %极限 & $# 时间余量一般为主程序中一次正常测控循环时间 的 ’#( ) *#( ，中断 +$ 计数器为 ,-， +# 中断服务 程序中如测得 ,- & %极限 ，则系统工作正常，否则， 主程序陷入死循环，中断程序做出错处理。工作原理 如图 * 所示。 最薄弱环节，若它发生了死循环，抗干扰系统是无法 检测到的，因此， +# 中断服务时间应当尽可能的缩 短，以减少故障几率。
主程序： QR1.：………… 定时方式。 QST -QS7， U %#V ； -% 工作在模式 %， 定时器 % 赋计数初值， QST -V%， U ’WV ； QST -0%， U +,V ；单片机系统的主频为 *QVX QST 1W， U ,#V；； ?OC ( 〉 -% 开中断。 ； 启动 -% AW-/ -Y% ………… 中断程序： -%： 0ZQO ####V；程序从 ####V 处重新复位运 行。
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系统进入“死循环”的处理
基本软件看门狗软件技术：看门狗技术的基本思 想是用一个中断方式工作的定时器监视系统程序的工 作，一旦系统主程序由于某种干扰而陷入死循环，则 定时器触发定时中断程序将系统重新复位引导，从而 使系统脱离死循环进入正常工作状态。因此，软件看 门狗的工作模式主要由两部分组成， “养狗”和“喂 狗” 。举例如下： ，用定时器 -% 工作模式 % （%） -% 初始化（养狗） 进行 +# <E 中断定时，一旦 +# <E 定时时间到，中断 响应，转中断处理程序，将系统重新复位引导。