基于MCS-96單片機控制系統(tǒng)的程序失控防范

3．2 使受擾程序快速重入正常運行狀態(tài)的方法

　　系統(tǒng)軟件是由完成各種功能的程序組成的，因此可分成若干個功能模塊。為了能使程序快速重入系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，首先要將系統(tǒng)軟件編制成模塊化結(jié)構(gòu)，并盡可能的將其細分為若干功能模塊，每個功能模塊在運行中需具有寫入和記錄功能，即設(shè)置RAM區(qū)的有效標志；記錄編號和首地址；記錄關(guān)鍵的又不可重新獲得的數(shù)據(jù)；模塊還應(yīng)具有給運行監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)脈沖的功能等。為判斷程序是否跑飛，要求在每個功能模塊的結(jié)尾處將指定單元中保存的標志與本功能模塊預(yù)先設(shè)置的標志進行對比。若不同，則程序跑飛，然后將它恢復(fù)到指定單元中保存的標志所對應(yīng)的功能模塊去重新執(zhí)行；若相同，則運行正常。對于功能模塊中的程序跑飛，可根據(jù)具體情況對結(jié)果的合理性進行分析和判斷。若不合理，則返回重新執(zhí)行；若合理，則進入下一個功能模塊。具有這種功能的程序流程圖如圖3—2所示。

3．3 利用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)實現(xiàn)RAM內(nèi)容自救的方法

　　為了保證系統(tǒng)實現(xiàn)無擾動重入正常運行狀態(tài)，必須保證重要數(shù)據(jù)的正確性。實現(xiàn)這一目的的方法是采用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)。

　　在實時控制過程中，干擾會造成RAM中的數(shù)據(jù)被沖毀。數(shù)據(jù)被沖毀的情形，一般有如下3類：1）整個RAM區(qū)數(shù)據(jù)被沖毀；2）RAM中某一片數(shù)據(jù)被沖毀； 3）個別數(shù)據(jù)被沖毀。由于RAM中保存的是各種原始數(shù)據(jù)、標志、變量等，如果被破壞，會造成系統(tǒng)出錯或無法運行。不過，對幾乎所有的單片機實時控制系統(tǒng)而言，RAM中的大部分內(nèi)容是為了進行分析、計算、比較而臨時寄存的，不允許丟失的數(shù)據(jù)也只占RAM內(nèi)容的極少部分。在這種情況下，除了那些不允許丟失的數(shù)據(jù)外，其余大部分內(nèi)容允許短時被破壞，最多有過引起系統(tǒng)一個很短時間的波動，但很快就能恢復(fù)正常。因此，在實時軟件中，只要注意對少數(shù)不允許丟失的數(shù)據(jù)進行保護即可。常用方法有“校驗法”和“設(shè)標法”。這兩種方法各有千秋，校驗法比較繁瑣，但查錯的置信度高；設(shè)標法簡單，但對數(shù)據(jù)表中個別數(shù)據(jù)被沖毀的情況無能為力。在編程中應(yīng)綜合使用。具體做法是：1）將RAM工作區(qū)重要區(qū)域的始端和尾端各設(shè)置一個標志碼“0”或“1”；2）對RAM中固定不變的數(shù)據(jù)表格設(shè)置校驗字。

　　在程序執(zhí)行過程中，每隔一定時間通過事先設(shè)計的查錯程序來校驗各標志碼是否正常，如果不正常，則利用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)通過抗干擾處理程序來進行修正。冗余設(shè)計的一般原則是：在RAM區(qū)中相隔盡可能遠且遠離堆棧區(qū)的不同區(qū)域?qū)?shù)據(jù)備份3份，當讀取數(shù)據(jù)時，把3份數(shù)據(jù)備份相比較，采用3取 2的表決原則，確保數(shù)據(jù)的正確性。

3．4　鎖定輸出口的方法

　　為了防止失控程序?qū)敵隹诎l(fā)生非正常操作，引起控制量產(chǎn)生波動和破壞系統(tǒng)的安全性，必須對輸出口的操作進行嚴格的審查。解決的辦法是硬件上采用鎖定控制器，軟件上采用功能塊標志和口令字。

　　鎖定控制器由兩個D觸發(fā)器來實現(xiàn)，如圖3—3所示。

　　平時兩個鎖定控制器的輸出端Q1、Q2均為低電平，而且Q1、Q2只要有一個信號是低電平，輸出通道就處于被封鎖狀態(tài)。只有Q1、Q2同時為高電平時，該通道才被打開。為了防止程序?qū)敵鐾ǖ赖姆欠▽懭?，平時程序通過端口控制信號和置Q1、 Q2為低電平來關(guān)閉輸出通道。而僅當需要輸出時，程序通過端口控制信號和置Q1、Q2為高電平打開輸出通道。程序輸出時，需先給出口令字。輸出模塊程序流程圖如圖3—4所示。

4 結(jié)束語

　　采用上述這些措施可以有效地提高系統(tǒng)運行的可靠性，獲得令人滿意的控制效果，并且稍做修改即可用于其它類型的單片機控制系統(tǒng)，具有很強的實用性和通用性。

［參考文獻］

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