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嵌入式实时操作系统第一点：嵌入式实时操作系统的定义与特点嵌入式实时操作系统（Embedded Real-Time Operating System，简称ERTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它具有实时性、可靠性和高效性等特点。
嵌入式实时操作系统主要用于控制和管理嵌入式系统中的硬件资源和软件任务，以实现对系统的实时控制和高效运行。
嵌入式实时操作系统的定义可以从以下几个方面来理解：1.嵌入式系统：嵌入式系统是指将计算机技术应用于特定领域，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等硬件部分，以及运行在处理器上的软件部分。
嵌入式系统具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
2.实时性：实时性是嵌入式实时操作系统最核心的特点之一。
它要求系统在规定的时间内完成任务，并对任务的响应时间有严格的要求。
实时性可以分为硬实时和软实时。
硬实时要求任务在规定的时间范围内完成，不允许有任何的延迟；软实时则允许任务在规定的时间范围内完成，但延迟尽量最小。
3.可靠性：嵌入式实时操作系统需要具备很高的可靠性，因为它们通常应用于对安全性和稳定性要求较高的领域，如航空航天、汽车电子、工业控制等。
可靠性主要包括系统的正确性、稳定性和抗干扰能力等方面。
4.高效性：嵌入式实时操作系统需要高效地利用硬件资源，以实现对系统的实时控制。
高效性主要包括系统资源的利用率、任务的调度算法、内存管理等方面。
第二点：嵌入式实时操作系统的应用领域与发展趋势嵌入式实时操作系统在众多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.工业控制：嵌入式实时操作系统在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器、工业现场仪表等。
实时操作系统可以实现对工业过程的实时监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车电子：汽车电子领域是嵌入式实时操作系统的另一个重要应用领域。
现代汽车中的电子控制系统，如发动机控制、底盘控制、车身控制等，都需要实时操作系统来保证系统的实时性和稳定性。
嵌入式系统的可靠性工程嵌入式系统是指在其他机械或电子设备中嵌入的计算机系统，它们被广泛应用于航空航天、汽车、医疗设备、通信设备等领域。
由于嵌入式系统的特殊性和复杂性，其可靠性工程显得尤为重要。
本文将就嵌入式系统的可靠性工程进行探讨，重点关注可靠性需求分析、设计技术和测试方法。
一、可靠性需求分析在嵌入式系统的开发过程中，需求分析是一个至关重要的环节。
可靠性需求分析是决定系统能否达到用户期望水平的关键因素。
在进行可靠性需求分析时，首先需要明确系统的功能需求和性能需求。
然后，基于实际应用场景和用户需求，确定系统的可靠性要求，如系统的故障率、可用性等指标。
同时，还需要考虑灵活性和可维护性等方面的要求，以确保系统在长期使用过程中不会出现过多的故障和维修需求。
二、设计技术1. 可靠性设计原则可靠性设计需要遵循一些基本原则。
首先，要尽量减少系统中的冗余和复杂性，简化系统结构，降低故障率。
其次，要采用可靠性高的元器件和设备，提高系统的整体可靠性。
此外，还需要进行系统级的故障预测和容错设计，以及合理的电磁兼容性和抗干扰设计，以减少系统在复杂环境下的故障率。
2. 异常处理和恢复机制在嵌入式系统中，出现异常情况是不可避免的。
为了提高系统的可靠性，需要设计合理的异常处理和恢复机制。
当系统检测到异常时，应能够及时采取相应的措施，如自动重启、自动切换、故障检测和排查等，以确保系统能够尽快恢复正常工作。
三、测试方法1. 单元测试单元测试是嵌入式系统开发过程中不可或缺的一环。
通过对系统各个模块进行独立测试，可以验证各个模块的正确性和稳定性。
在单元测试中，可以采用黑盒测试和白盒测试相结合的方法，覆盖到各种可能的输入和边界情况，以尽可能发现潜在的问题。
2. 集成测试集成测试是在单元测试完成后，将各个模块组合在一起进行整体测试。
通过模拟实际应用场景，验证系统各个模块之间的协同工作和接口的正确性。
集成测试需要充分考虑各个模块的交互和通信，以及异常情况下的处理能力。
《嵌入式系统的低功耗与可靠性技术研究》一、引言随着物联网、智能设备以及移动计算技术的快速发展，嵌入式系统作为各种智能设备的核心部分，其低功耗与可靠性问题逐渐成为了重要的研究课题。
在面对能源短缺、环境污染以及设备稳定性要求日益严格的今天，嵌入式系统的低功耗与可靠性技术显得尤为重要。
本文将详细探讨嵌入式系统的低功耗和可靠性技术的研究现状及未来发展趋势。
二、嵌入式系统低功耗技术研究1. 硬件低功耗设计硬件低功耗设计是嵌入式系统低功耗技术的关键。
设计者在硬件设计阶段应考虑采用低功耗芯片、合理的电源管理策略等手段降低系统的整体功耗。
此外，选择合理的元器件及封装方式也能有效降低功耗。
在设计中还可以使用动态电源管理技术，根据系统运行状态调整电源供应，以达到节能目的。
2. 软件优化软件优化是降低嵌入式系统功耗的另一重要手段。
通过优化算法、减少不必要的计算和通信等措施，可以有效降低系统的运行功耗。
此外，合理设计系统任务调度策略，根据任务优先级进行任务分配和调度，也可以实现功耗的降低。
3. 休眠与唤醒机制休眠与唤醒机制是降低嵌入式系统功耗的有效手段。
通过在系统空闲时进入休眠状态，可以有效降低系统的功耗。
当系统需要再次工作时，再从休眠状态唤醒，以恢复工作状态。
这种机制在嵌入式系统中得到了广泛应用。
三、嵌入式系统可靠性技术研究1. 硬件冗余与容错设计硬件冗余与容错设计是提高嵌入式系统可靠性的重要手段。
通过采用冗余硬件和容错技术，可以在系统出现故障时保证系统的正常运行。
例如，采用双机热备、三模冗余等技术，可以提高系统的可靠性和稳定性。
2. 软件容错与恢复技术软件容错与恢复技术是提高嵌入式系统可靠性的另一重要手段。
通过设计容错算法、实现软件故障的自恢复等功能，可以在软件出现故障时及时恢复系统的正常运行。
此外，通过定期更新和修复软件漏洞，也可以提高系统的安全性与稳定性。
3. 系统级可靠性设计系统级可靠性设计是提高嵌入式系统可靠性的综合手段。
模拟地和数字地的认识模拟地和数字地的认识在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。
形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。
如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。
如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。
（类似于传染病的预防）1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。
这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。
减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。
减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制干扰源的常用措施如下：（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。
仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。
（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。
（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。
注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。
（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。
（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
嵌入式系统设计中的难点与解决方案嵌入式系统是指嵌入在其他设备内部的计算机系统，例如汽车、智能家居、医疗设备、智能手表等。
嵌入式系统设计是一个非常复杂和挑战性的过程，需要掌握各种技能和工具，以确保系统的可靠性、可用性和安全性。
本文将介绍嵌入式系统设计中的一些难点和解决方案。
难点一：硬件设计嵌入式系统的硬件设计是整个系统设计的核心，必须确保硬件能够满足系统的要求。
硬件设计涉及电路设计、PCB设计、硬件调试、电磁兼容性等诸多方面。
一般情况下，硬件设计需要满足以下要求：1.功能要求：满足系统的所有功能和性能指标。
2.可靠性：确保硬件能够长期稳定运行，不会因为环境变化或其他因素而失效。
3.成本：设计出经济实用的硬件，以降低生产成本。
解决方案：1.深入了解芯片和传感器技术：在硬件设计中，充分了解芯片和传感器技术是非常重要的。
芯片和传感器是嵌入式系统最基本的元素之一，而且不同的芯片和传感器具有不同的特性和优缺点。
因此，在选型和设计过程中，需要仔细研究各种技术，尽可能选择成熟的技术，降低设计风险。
2.采用成熟的设计工具：现在，市场上有许多成熟的电路设计工具和PCB设计工具，如Altium Designer、PCB Layout、PADS 等，这些工具可以帮助工程师设计出高质量的电路板和PCB。
同时，这些工具也提供了丰富的元器件库和设计模板，可以大大提高工作效率。
3.全方位考虑电磁兼容性：在硬件设计中，电磁兼容性（EMC）是一个非常重要的因素。
EMC指电器设备在正常的电磁环境下，保持对周边环境的干扰或容许证容忍对干扰的抵抗能力。
在设计中，可以通过增加电源滤波器、地线布局、设计合适的电源变压器、合理的PCB布局等方法来提高EMC。
难点二：嵌入式软件设计嵌入式系统的软件设计也是整个系统设计的重中之重。
软件设计的难点在于嵌入式系统的实时性和可靠性。
实时性要求系统能够在一定时间内完成指定任务，而可靠性要求系统长期稳定运行，不出现闪退等故障。
高可用嵌入式系统设计与开发技术嵌入式系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分，它在各个领域都有着广泛的应用，如汽车、机器人、无人机等。
对于很多应用场景来说，高可用性是嵌入式系统设计中的一个重要问题。
高可用性的嵌入式系统能够在出现任何错误或故障时都能够保证系统的正常运行，从而使得系统具有更好的可靠性和稳定性。
本文将介绍一些高可用嵌入式系统设计与开发技术。
一、可靠性和高可用性的概念在嵌入式系统设计中，可靠性是指系统能够保持在规定的环境、温度、湿度、电压等各种条件下正常运行的时间。
而高可用性则是指嵌入式系统在出现错误和故障时，依然可以保证系统的正常运行，并且系统的恢复时间应该尽可能地短。
在嵌入式系统设计中，可靠性和高可用性的实现需要依赖于多种技术。
其中包括硬件部分的冗余设计、错误检测与纠正、软件部分的实时操作系统和应用程序设计等。
下面将分别介绍这些技术。
二、硬件冗余设计嵌入式系统中通常采用双模块冗余或三模块冗余来实现硬件冗余设计。
这种设计方法将系统中的每一个模块复制一遍或两遍，只要任何一块模块出现故障，其他模块可以代替它进行工作。
这种方法可以有效地提高系统的可靠性和稳定性。
三、错误检测与纠正在硬件设计中，常用的错误检测与纠正技术有循环冗余校验（CRC）、哈希校验和（Hash）和重复发送等。
这些技术能够有效地检测和纠正数据传输中的错误，从而提高系统的可靠性。
在软件设计中，常用的错误检测与纠正技术有重试和回滚机制。
重试机制指的是在应用程序接收到返回错误的消息时重新发起请求并处理新请求。
回滚机制则是在出现错误时将系统状态恢复到之前正确的状态。
这些技术都可以避免一些错误的出现，提高系统的可靠性和稳定性。
四、实时操作系统实时操作系统是保证高可用性嵌入式系统的关键技术之一。
它具有实时性、可靠性和稳定性等特点，在很多实时控制领域都有广泛的应用。
实时操作系统通常分为软实时操作系统和硬实时操作系统两种。
软实时操作系统通常用于对实时性要求不是特别高的应用，而硬实时操作系统则是在时间限制内必须完成任务的应用。
嵌入式系统安全性与可靠性问题研究随着科技的不断发展，嵌入式系统已经被广泛应用于日常生活中的各个方面，比如智能家居、汽车电子、医疗设备等等。
由于嵌入式系统功能越来越复杂，系统中所涉及到的信息也越来越多，这就给系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。
本文将从多个方面探究嵌入式系统安全性与可靠性问题，希望对此有所启示。
一、嵌入式系统存在的安全隐患嵌入式系统的开发与常规的软件开发有着很大的不同，其中最显著的特点是具有高度的实时性和实时可控性。
但这些特性也给嵌入式系统的安全性带来了挑战。
由于系统本身的实时性和可控性，导致嵌入式系统常常使用一些定制化的开发和运行环境，这些环境可能比普通计算机更加开放，从而增加了系统受攻击的风险。
另外，嵌入式系统经常带有通信模块，如果这些模块没有合适的安全机制，就容易受到黑客攻击和数据泄露的风险。
比如，某航空公司的一款航班信息系统中存在漏洞，黑客就能够通过这个漏洞攻击个人设备及航班控制系统，进而威胁到飞行安全。
二、嵌入式系统安全性的解决方法嵌入式系统安全性的解决方法主要分为四个方面：物理层安全、程序层安全、网络层安全和应用层安全。
其中物理层安全是最基础的一步，它主要保证硬件系统的安全性。
比如，嵌入式系统的存储芯片可以使用硬件加密算法的方式来加密存储数据。
程序层安全主要针对操作系统和应用程序的安全。
在嵌入式系统开发中，操作系统的选择是至关重要的。
一个安全的操作系统可以为系统提供良好的安全保障和管理手段。
而在应用程序开发中，需要采取合适的代码编写方式和流程，以防止开发中的安全漏洞。
网络层安全主要针对嵌入式系统中的通信模块，比如Wi-Fi、蓝牙、4G等。
这些通信模块容易成为黑客攻击的入口。
因此，在进行开发和应用时应该采取完善的网络安全措施，比如数据加密和安全认证等。
应用层安全则是嵌入式系统开发中的最后一道防线。
它主要保证软件应用的安全性。
比如，在支付宝等银行应用上，就会对缓存数据进行加密处理，以降低用户信息泄露的风险。
嵌入式系统开发中的可靠性分析与测试技巧嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，被嵌入到其他设备中，用于控制和执行特定的功能。
由于嵌入式系统通常工作在复杂的环境中，所以对其可靠性的要求非常高。
可靠性分析和测试是确保嵌入式系统能够长时间稳定运行的关键。
可靠性分析是在开发过程中评估系统的故障概率和故障对系统功能和性能的影响。
它可以帮助开发团队识别潜在的风险和问题，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
以下是在嵌入式系统开发过程中进行可靠性分析的一些常用技巧：1.系统需求分析：在开始开发之前，系统需求分析是必不可少的。
这将帮助确定系统的功能和性能需求，以及对系统可靠性的要求。
通过充分了解系统需求，可以更好地规划测试策略和开发过程。
2.故障模式与影响分析（FMEA）：FMEA是一种常用的可靠性分析方法，用于识别和评估不同故障模式的潜在影响。
通过分析故障模式和影响，可以确定哪些故障可能会对系统的可靠性造成重大影响，并采取相应的措施来预防或应对这些故障。
3.可靠性要求验证：开发团队应该确保系统满足可靠性要求。
这可以通过不同的验证方法实现，例如基于规范的验证和基于需求的验证。
验证过程应充分考虑系统的故障处理机制和备份策略。
4.代码质量控制：在嵌入式系统开发中，代码质量是保证系统可靠性的关键因素之一。
开发团队应遵循良好的编码规范和标准，使用合适的软件工程工具进行代码检查和静态分析，以确保代码的一致性、可读性和可维护性。
5.错误处理机制设计：开发团队应设计并实施适当的错误处理机制，以应对系统中出现的异常情况和错误。
错误处理机制应包括错误检测、错误报告和错误恢复等功能，以减少故障对系统的影响。
在可靠性分析之后，进行测试是确保系统可靠性的重要步骤。
系统测试应覆盖各个方面，包括功能测试、性能测试、可靠性测试和安全测试等。
以下是在嵌入式系统开发中进行测试的一些技巧：1.功能测试：功能测试用于验证系统是否按照规格要求执行其预期功能。
嵌入式系统硬件可靠性和抗干扰性技术蓝志洋,黄明华(广州市公路交通设施厂 广东广州 510650)摘 要:抗干扰技术是一门多学科交叉科学,他由硬件抗干扰和软件抗干扰2大部分组成,本文结合实际工程中普遍存在的电磁干扰现象,就硬件抗干扰设计进行了详细地总结,分析了电磁干扰源、干扰途径及后果,提出了嵌入式系统硬件可靠性和抗干扰设计思想。
详细总结和归纳了嵌入式系统电路中供电系统、信号传输通道、空间电磁场以及器件优化4个方面的抗干扰性设计方法,以及嵌入式系统印制电路板中电源和地线布线原则、时钟布线技术、信号延迟匹配设计、综合布局等几个方面的抗干扰可靠性设计思想。
关键词:嵌入式系统;电磁干扰;滤波;耦合;抗干扰中图分类号:TN 713 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2005)1405103Rel i ab il ity and An ti i n terference Technology i n Em bedded System HardwareLAN Zh iyang ,HUAN G M inghua(Guangzhou Road Comm unicati on Facilties ,Guangzhou ,510650,Ch ina )Abs tra c t :A ntiinterference techno logy ,consisting of hardw are and softw are anti interference ,invo lves m any subjects 1Confronted the universal E M I in p ractical p ro jects ,th is paper summ arizes the hardw are reliability and anti interference design ,analyzes E M I resources ,app roaches and aftereffects ,puts fo r w ard the hardw are reliability and anti -interference design though t in em beded system 1Based on th is though t ,the design of pow er supp ly ,signal trans m itting channels ,special electrom agnetic field and elem ents op ti m izati on in circuit has been summ arized detailedly ,and also the pow er ,clock ,signal delay m atch ing and ho listic layout in PCB design 1Ke yw o rds :em bedded system ;E M I ;filter ;coup ling ;anti interference收稿日期:20050321 随着控制技术自动化、智能化程度的提高,各种嵌入式系统应用越来越广泛,同时,由于电磁干扰(E lectrom agnetic Interference ,EM I )带来的系统运行不稳定现象也愈来愈严重。
嵌入式系统硬件可靠性和抗干扰性设计逐渐引起了人们的重视。
1 干扰源途径与后果任何电子设备在运行时都会向周围辐射电磁能量,产生干扰,同时设备本身也可能受到周围电磁环境的干扰。
干扰源包括电网的波动、雷电、周围其他设备产生的电磁场、以及由于系统电路设计和印制电路板布局不合理等带来的电磁干扰。
电磁兼容研究的主要问题就是如何使处于同一电磁环境中的各种设备或同一设备中的各组件都能正常工作而又互不干扰。
干扰可以通过3种途径影响控制系统,即空间电磁场干扰、供电系统干扰和信号传输通道干扰。
干扰对控制系统的作用及后果也分为3个部位:一是系统的前向通道,干扰叠加在输入信号上,使数据采集误差增大,在传感器小电压信号输入时,此现象尤为突出;二是系统的后向通道,干扰耦合在输出信号上使输出信号混乱,导致误操作,并有可能引发严重事故;三是控制系统的内核,干扰使微处理器内核三总线上的数字信号出错,程序指针PC 发生错误,导致程序“跑飞”,干扰也可能窜改存储器RAM 中的数据,导致死机、系统崩溃或误操作等严重后果。
因此,对于微控制器时钟频率特别高,含有大功率、大电流驱动电路,含有较小模拟信号电路以及高精度A D ,D A 转换电路的系统,要特别注意可靠性和抗干扰性设计。
2 硬件电路可靠性和抗干扰性设计通常空间电磁场干扰影响远小于其他两种,因此硬件抗干扰可靠性设计应将重点放在供电系统和信号传输通道。
硬件抗干扰设计得好可将绝大部分干扰拒之门外,使系统的稳定性大幅度提高。
211 供电系统抗干扰设计电源在向系统供电时,也将其噪声耦合到系统电源上,电源耦合的干扰对电路的影响非常大,给系统提供优质稳定的电源是保证系统可靠性能的关键之一。
为防止从电源系统引入干扰,可用隔离变压器接入电网,防止电网干扰侵入微机系统,同时可用各种滤波器滤波,如磁珠和电容组成Π形滤波器、电容电感滤波器、多级电源滤波器等进行滤波,如图1所示。
图1为电容滤波器,其中015ΛF 的穿心电容作用为减少串连在电容上的电感,图2为电容电感滤波器,这种滤波器滤波效果较好。
设计电路图时,为滤除电源在电路板上耦合的噪音,《现代电子技术》2005年第14期总第205期 嵌入式与单片机可在每个集成电路的电源与地之间加一个去耦电容。
去耦电容有2个作用:一是集成电路的蓄能,提供和吸收该集成电路开、关门瞬间的充放电能;二是旁路滤除器件的高频噪声。
典型的去耦电容为011ΛF 的高频电容,他对10M H z 以下的噪声有较好的去耦作用;用011ΛF 陶瓷电容和10ΛF 电解电容并联去耦,对去除高频率噪声有比较好的效果。
另外,每10片左右的集成电路需加一片充放电电容(称为蓄放电容),电容可选10ΛF 高频性能较好的陶瓷片电容或多层陶瓷电容。
212 信号传输通道抗干扰设计信号传输通道包括系统的前向通道和后向通道,对信号传输通道的可靠性设计可从以下几个方面着手:(1)利用光电耦合器及滤波器对输入、输出信号采用光电隔离措施,可将微处理器与前向通道、后向通道及其他部分从电气上隔离开来,有效地防止干扰的侵入。
对电路板的输入信号及源自高噪声区的信号加滤波器滤波进一步加强抗干扰性。
(2)采用负载阻抗匹配的措施,减小信号传输中的畸变将高速CM O S 芯片输出端通过一段长引线输入高阻抗的另一电路输入端,反射现象就很严重,他会引起信号畸变,增加系统噪声。
对此可采用负载阻抗匹配的措施,使传输线两端的负载阻抗和源阻抗与传输线特性阻抗相等,或在源端和负载端加入RL C 网络来匹配传输线的阻抗,消除数字信号在传输过程中由于反射、振铃和交叉干扰作用而产生的畸变。
(3)采用双绞线传输减少传输线特性阻抗影响传输线的特性阻抗分布参数必然会影响信号传输。
传输线较长时其阻抗不可忽视,他的分布参数包括寄生电容和分布电感,其等效电路如图3所示,图3中,U s ,R s 表示信号源电压和内阻,R 1表示负载阻抗,L i 和C i 表示单位传输线电感和电容。
此时为减少传输线特性阻抗的影响,可利用阻抗匹配双绞线,若同时与光电耦合器或者平衡输入接收器和输出驱动器联合使用,效果会更好。
图4所示为双绞线与光电耦合器配合使用的情况,图中光敏三极管引出集极接并联RC 电路,其中R 取值10M 8～20M 8,C取值10pF ～011ΛF ,三极管集电极接施密特门电路。
(4)总线负载的平衡匹配一般1个T TL 芯片可驱动8个T TL 芯片或10多个CM O S 芯片,而1个CM O S 芯片可驱动1～2个T TL 或20多个CM O S 。
如果芯片输出负载过重,则会使输出电平降低,使其有可能低于被驱动器件的输入门槛电平,导致系统不稳定。
此外,系统扩展的并行数据线、地址线中单个或几个引线负载较重时容易引起总线负载的不平衡,导致数据传输错误。
此外,在微处理器运行期间,芯片的悬空引脚尤其是悬空输入引脚常给系统带来不可预测的控制紊乱,因此为提高系统的稳定性需处理好未用悬置的引脚。
通常可将微处理器未用引脚接高电平或接地,或定义成输出端;未用的外部中断接高电平;未用的运放同相输入端接地,反相输入端接输出端等。
213 抑制空间电磁场干扰设计高频电源、交流电源、强电设备、电弧产生的电火花,甚至雷电,都能产生电磁波,成为电磁干扰的噪声源。
对此可采取屏蔽措施,用金属外壳将器件包围起来,再将金属外壳接地,这对屏蔽各种电磁感应引起的干扰非常有效。
214 器件的优化选择抗干扰可靠性设计只能滤除绝大部分干扰,并不能将干扰完全清除,因此,在实现系统功能和控制系统成本的前提下,可对系统硬件元器件进行优化选择。
通常为提高电路抗噪音干扰采用直流噪声容限高的数字电路,如CM O S 数字电路的直流噪声容限远高于T TL 数字电路;为减少系统本身运行时产生的干扰,在满足系统性能的前提下,尽可能选用低频率时钟和处理器。
低频电路可有效降低噪声,并提高系统的抗干扰能力,相反,系统频率越高越容易成为噪声源。
3 印制电路板可靠性和抗干扰性设计印制电路板是电源线、信号线和各种元器件的高度集合体,在系统运行时,他们之间不可避免的存在相互之间的干扰。
电路板布线及布局时如果可靠性设计得不好,可能导致系统运行的不稳定,严重时系统根本就不能运行,甚至导致元器件的损坏,这种现象在高频电路中尤为常见。
因此,印制电路板的设计应严格按照可靠性和抗干扰性的原则。
通常采用的抗干扰设计有以下几种:311 电源及地线布线原则印制电路板中,电源线通常根据电流的大小适当加宽,并使电源线和地线在走向上与数据线一致,如果可能,将噪音干扰较大的变压器、稳压电源单独做板。
地线有模拟地和数字地2种,布线时也应将其根据导流的大小适当加粗,并使数字地和模拟地分开,与各自电嵌入式技术蓝志洋等:嵌入式系统硬件可靠性和抗干扰性技术源地相连,最后再汇合到一点。
当工作频率低于1M H z 时,采用单点接地式,把整个电路中选定的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓;当工作频率高于30M H z时,采用多点接地;工作频率介于1～30M H z时采用混合接地。
312 时钟布线技术时钟是保证系统正常运行的前提之一,因此,必须保证时钟电路的可靠运行。
一般将时钟电路布置在PCB板接近中心位置或一个接地良好的位置,使时钟尽量靠近微处理器,并保持引线尽可能短,同时将石英晶体振荡器外壳接地。
