在提高硬件係統抗幹擾能力的同時，軟件抗幹擾以其設計靈活
、節省硬件資源
、可靠性好越來越受到重視。下麵以MCS-51單片機係統為例，對微機係統軟件抗幹擾方法進行研究。

 

 

在工程實踐中，軟件抗幹擾研究的內容主要是：一、消除模擬輸入信號的噪聲（如數字濾波技術）；二
、程序運行混亂時使程序重入正軌的方法。本文針對後者提出了幾種有效的軟件抗幹擾方法。

 

 

CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數。當PC受幹擾出現錯誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當亂飛到某雙字節指令，若取指令時刻落在操作數上，誤將操作數當作操作碼
，程序將出錯。若“飛”到了三字節指令，出錯機率更大。

 

zaiguanjiandifangrenweicharuyixiedanzijiezhiling，huojiangyouxiaodanzijiezhilingzhongxiechengweizhilingrongyu。tongchangshizaishuangzijiezhilinghesanzijiezhilinghoucharulianggezijieyishangdeNOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數上，由於空操作指令NOP的存在，避免了後麵的指令被當作操作數執行，程序自動納入正軌。

 

此外
，對係統流向起重要作用的指令如RET
、RETI
、LCALL
、LJMP
、JC等指令之前插入兩條NOP
，也可將亂飛程序納入正軌
，確保這些重要指令的執行。

 

 

所suo謂wei攔lan截jie，是shi指zhi將jiang亂luan飛fei的de程cheng序xu引yin向xiang指zhi定ding位wei置zhi，再zai進jin行xing出chu錯cuo處chu理li。通tong常chang用yong軟ruan件jian陷xian阱jing來lai攔lan截jie亂luan飛fei的de程cheng序xu。因yin此ci先xian要yao合he理li設she計ji陷xian阱jing，其qi次ci要yao將jiang陷xian阱jing安an排pai在zai適shi當dang的de位wei置zhi。

 

（1）軟件陷阱的設計

 

dangluanfeichengxujinrufeichengxuqu，rongyuzhilingbianwufaqizuoyong。tongguoruanjianxianjing，lanjieluanfeichengxu，jiangqiyinxiangzhidingweizhi
，zaijinxingchucuochuli。ruanjianxianjingshizhiyonglaijiangbuhuodeluanfeichengxuyinxiangfuweirukoudizhi0000H的指令。通常在EPROM中非程序區填入以下指令作為軟件陷阱：

 

NOPNOPLJMP 0000H其機器碼為0000020000。

 

（2）陷阱的安排

 

通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最後一條應填入020000，當(dang)亂(luan)飛(fei)程(cheng)序(xu)落(luo)到(dao)此(ci)區(qu)，即(ji)可(ke)自(zi)動(dong)入(ru)軌(gui)。在(zai)用(yong)戶(hu)程(cheng)序(xu)區(qu)各(ge)模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)空(kong)餘(yu)單(dan)元(yuan)也(ye)可(ke)填(tian)入(ru)陷(xian)阱(jing)指(zhi)令(ling)。當(dang)使(shi)用(yong)的(de)中(zhong)斷(duan)因(yin)幹(gan)擾(rao)而(er)開(kai)放(fang)時(shi)，在(zai)對(dui)應(ying)的(de)中(zhong)斷(duan)服(fu)務(wu)程(cheng)序(xu)中(zhong)設(she)置(zhi)軟(ruan)件(jian)陷(xian)阱(jing)，能(neng)及(ji)時(shi)捕(bu)獲(huo)錯(cuo)誤(wu)的(de)中(zhong)斷(duan)。如(ru)某(mou)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)雖(sui)未(wei)用(yong)到(dao)外(wai)部(bu)中(zhong)斷(duan)1，外部中斷1的中斷服務程序可為如下形式：

 

NOPNOPRETI返回指令可用“RETI”
，也可用“LJMP0000H”。如果故障診斷程序與係統自恢複程序的設計可靠、完善
，用“LJMP0000H”作返回指令可直接進入故障診斷程序，盡早地處理故障並恢複程序的運行。

 

考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個就可以進行有效攔截。

 

 

若失控的程序進入“死循環”，通常采用“看門狗”技術使程序脫離“死循環”。通過不斷檢測程序循環運行時間
，若發現程序循環時間超過最大循環運行時間，則認為係統陷入“死循環”
，需進行出錯處理。

 

“看門狗”技術可由硬件實現，也可由軟件實現。在工業應用中，嚴重的幹擾有時會破壞中斷方式控製字，關閉中斷。則係統無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。

 

筆者在實際應用中，采用環形中斷監視係統。用定時器T0監視定時器T1，用定時器T1監視主程序，主程序監視定時器T0。采用這種環形結構的軟件“看門狗”具有良好的抗幹擾性能，大大提高了係統可靠性。對於需經常使用T1定時器進行串口通訊的測控係統
，則定時器T1不能進行中斷，可改由串口中斷進行監控（如果用的是MCS-52係列單片機
，也可用T2代替T1進行監視）。這種軟件“看門狗”監視原理是：在主程序
、T0中斷服務程序、T1中斷服務程序中各設一運行觀測變量，假設為MWatch、T0Watch、T1Watch
，主程序每循環一次，MWatch加1，同樣T0、T1中斷服務程序執行一次，T0Watch、T1Watch加1。在T0中斷服務程序中通過檢測T1Watch的變化情況判定T1運行是否正常，在T1中斷服務程序中檢測MWatch的變化情況判定主程序是否正常運行，在主程序中通過檢測T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應當加1而未加1，則轉到出錯處理程序作排除故障處理。當然，對主程序最大循環周期、定時器T0和T1定時周期應予以全盤合理考慮。限於篇幅不贅述。

 

 

單片機係統因幹擾複位或掉電後複位均屬非正常複位，應進行故障診斷並能自動恢複非正常複位前的狀態。

 

 

程序的執行總是從0000H開始，導致程序從0000H開始執行有四種可能：一
、係統開機上電複位；二
、軟件故障複位；三
、看門狗超時未喂狗硬件複位；四、任務正在執行中掉電後來電複位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常複位，需加以識別。

 

（1）硬件複位與軟件複位的識別

 

此處硬件複位指開機複位與看門狗複位，硬件複位對寄存器有影響，如複位後PC=0000H，SP=07H，PSW=00H等。而軟件複位則對SP
、SPW無影響。故對於微機測控係統
，當程序正常運行時

，將SP設置地址大於07H，或者將PSW的第5位用戶標誌位在係統正常運行時設為1
，那麼係統複位時隻需檢測PSW.5標誌位或SP值便可判此是否硬件複位。

 

由於硬件複位時片內RAM狀態是隨機的，而軟件複位片內RAM則可保持複位前狀態，因此可選取片內某一個或兩個單元作為上電標誌。設40H用來做上電標誌
，上電標誌字為78H，若係統複位後40H單元內容不等於78H，則認為是硬件複位，否則認為是軟件複位，轉向出錯處理。若用兩個單元作上電標誌，則這種判別方法的可靠性更高。

 

（2）開機複位與看門狗故障複位的識別

 

開機複位與看門狗故障複位因同屬硬件複位，所以要想予以正確識別
，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。當係統正常運行時，設置一可掉電保護的觀測單元。當係統正常運行時，在定時喂狗的中斷服務程序中使該觀測單元保持正常值（設為AAH），而在主程中將該單元清零
，因觀測單元掉電可保護

，則開機時通過檢測該單元是否為正常值可判斷是否看門狗複位。

 

（3）正常開機複位與非正常開機複位的識別

 

識(shi)別(bie)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)中(zhong)因(yin)意(yi)外(wai)情(qing)況(kuang)如(ru)係(xi)統(tong)掉(diao)電(dian)等(deng)情(qing)況(kuang)引(yin)起(qi)的(de)開(kai)機(ji)複(fu)位(wei)與(yu)正(zheng)常(chang)開(kai)機(ji)複(fu)位(wei)，對(dui)於(yu)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。如(ru)某(mou)以(yi)時(shi)間(jian)為(wei)控(kong)製(zhi)標(biao)準(zhun)的(de)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)，完(wan)成(cheng)一(yi)次(ci)測(ce)控(kong)任(ren)務(wu)需(xu)1小時。在已執行測控50分(fen)鍾(zhong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)異(yi)常(chang)引(yin)起(qi)複(fu)位(wei)，此(ci)時(shi)若(ruo)係(xi)統(tong)複(fu)位(wei)後(hou)又(you)從(cong)頭(tou)開(kai)始(shi)進(jin)行(xing)測(ce)控(kong)則(ze)會(hui)造(zao)成(cheng)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)時(shi)間(jian)消(xiao)耗(hao)。因(yin)此(ci)可(ke)通(tong)過(guo)一(yi)監(jian)測(ce)單(dan)元(yuan)對(dui)當(dang)前(qian)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)
、係xi統tong時shi間jian予yu以yi監jian控kong
，將jiang控kong製zhi過guo程cheng分fen解jie為wei若ruo幹gan步bu或huo若ruo幹gan時shi間jian段duan，每mei執zhi行xing完wan一yi步bu或huo每mei運yun行xing一yi個ge時shi間jian段duan則ze對dui監jian測ce單dan元yuan置zhi為wei關guan機ji允yun許xu值zhi

，不bu同tong的de任ren務wu或huo任ren務wu的de不bu同tong階jie段duan有you不bu同tong的de值zhi

，若ruo係xi統tong正zheng在zai進jin行xing測ce控kong任ren務wu或huo正zheng在zai執zhi某mou時shi間jian段duan，則ze將jiang監jian測ce單dan元yuan置zhi為wei非fei正zheng常chang關guan機ji值zhi。那na麼me係xi統tong複fu位wei後hou可ke據ju此ci單dan元yuan判pan係xi統tong原yuan來lai的de運yun行xing狀zhuang態tai，並bing跳tiao到dao出chu錯cuo處chu理li程cheng序xu中zhong恢hui複fu係xi統tong原yuan運yun行xing狀zhuang態tai。

 

 

對(dui)順(shun)序(xu)要(yao)求(qiu)嚴(yan)格(ge)的(de)一(yi)些(xie)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)
，係(xi)統(tong)非(fei)正(zheng)常(chang)複(fu)位(wei)否(fou)，一(yi)般(ban)都(dou)要(yao)求(qiu)從(cong)失(shi)控(kong)的(de)那(na)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai)或(huo)任(ren)務(wu)恢(hui)複(fu)運(yun)行(xing)。所(suo)以(yi)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)要(yao)作(zuo)好(hao)重(zhong)要(yao)數(shu)據(ju)單(dan)元(yuan)、參數的備份，如係統運行狀態、係統的進程值
、當前輸入、輸出的值
，當前時鍾值
、觀測單元值等，這些數據既要定時備份，同時若有修改也應立即予以備份。

 

當在已判別出係統非正常複位的情況下，先要恢複一些必要的係統數據
，如顯示模塊的初始化、片外擴展芯片的初始化等。其次再對測控係統的係統狀態
、運行參數等予以恢複，包括顯示界麵等的恢複。之後再把複位前的任務、參數
、運行時間等恢複，再進入係統運行狀態。

 

應(ying)當(dang)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)，真(zhen)實(shi)地(di)恢(hui)複(fu)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)需(xu)要(yao)極(ji)為(wei)細(xi)致(zhi)地(di)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)數(shu)據(ju)予(yu)以(yi)備(bei)份(fen)，並(bing)加(jia)以(yi)數(shu)據(ju)可(ke)靠(kao)性(xing)檢(jian)查(zha)，以(yi)保(bao)證(zheng)恢(hui)複(fu)的(de)數(shu)據(ju)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

 

其次，對多任務、多進程測控係統，數據的恢複需考慮恢複的次序問題。

 

係統基本初始化是指對芯片

、顯示
、輸入輸出方式等進行初始化，要注意輸入輸出的初始化不應造成誤動作。而複位前任務的初始化是指任務的執行狀態、運行時間等。

 

對於軟件抗幹擾的一些其它常用方法如數字濾波、RAMshujubaohuyujiucuodeng，xianyupianfu
，benwenweizuotaolun。zaigongchengshijianzhongtongchangdoushijizhongkangganraofangfabingyong，huxiangbuchongwanshan，cainengqudejiaohaodekangganraoxiaoguo。conggenbenshanglaishuo
，yingjiankangganraoshizhudongde，erruanjianshikangganraoshibeidongde。xizhizhoudaodifenxiganraoyuan
，yingjianyuruanjiankangganraoxiangjiehe
，wanshanxitongjiankongchengxu，shejiyiwendingkekaodedanpianjixitongshiwanquankexingde。