探索80C51的三種非常規(guī)的復(fù)位技術(shù)（1）

標(biāo)準(zhǔn)80C51片內(nèi)現(xiàn)有的復(fù)位邏輯比較簡(jiǎn)單，只有通過(guò)一條復(fù)位引腳RST進(jìn)行外部擴(kuò)展。技術(shù)手冊(cè)中給出了上電復(fù)位（POR，power on reset）和人工復(fù)位（MRST，manual reset）電路的接線方法；借助于一只專用外圍芯片，如MAX813L或DS1323等，來(lái)擴(kuò)充欠壓復(fù)位（LVR，low voltage reset）和看門狗復(fù)位（WDR，watch dog timer reset）也有文章介紹。

本文將介紹三種非常規(guī)擴(kuò)展復(fù)位方式：軟件復(fù)位（SWR，software reset）、軟硬件復(fù)位（SHR，software and hardware reset）和非法地址復(fù)位（IAR，illegal address reset）。

軟件陷阱技術(shù)及其改良方法

軟件陷阱（software trap）是一種捕捉程序“跑飛”的編程方法。通?？梢栽诔绦蛑性O(shè)置軟件陷阱，引導(dǎo)程序失控的單片機(jī)跳轉(zhuǎn)到一個(gè)指定的地址去執(zhí)行，最終回復(fù)到正常軌道上來(lái)。軟件陷阱可以設(shè)置在用戶程序的空隙處或者轉(zhuǎn)移指令之后，還可以利用一系列的陷阱指令來(lái)填充程序存儲(chǔ)器的空白區(qū)。實(shí)現(xiàn)軟件陷阱功能的指令是一個(gè)“5字節(jié)指令串”，通常包含2條單字節(jié)NOP指令和1條3字節(jié)跳轉(zhuǎn)指令。

NOP ；利用空操作指令

NOP ；來(lái)增加捕捉有效性

LJMP SWRST；無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到指定地址去

其中“SWRST”可以是一段“軟件復(fù)位程序”的入口地址標(biāo)號(hào)，也可以是復(fù)位矢量“0000H”，即主程序入口地址。


如果SWRST等于復(fù)位矢量0000H，則會(huì)把捕捉到的跑飛程序引導(dǎo)到初始化程序入口地址去執(zhí)行，從而達(dá)到回復(fù)到正常軌道的目的。這種處理方法只適合中斷功能沒(méi)有被啟用的場(chǎng)合?？梢栽O(shè)想，假如是在（低級(jí)或高級(jí)）中斷服務(wù)程序中跑飛的，這時(shí)即使把程序拉回到起點(diǎn)，而中斷激活觸發(fā)器不能夠被清除，會(huì)影響以后的中斷請(qǐng)求無(wú)法被 CPU響應(yīng)。 

如果SWRST等于“軟件復(fù)位程序”的入口地址，則會(huì)引發(fā)一次“軟件復(fù)位”。關(guān)于軟件復(fù)位程序的設(shè)計(jì)方法，隨后介紹。

總之，這種方法的指導(dǎo)思想是指，把未使用的ROM空間用跳轉(zhuǎn)引導(dǎo)指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序，并強(qiáng)行將捕獲到的跑飛程序引向一個(gè)特定的地址，在那里由一段專門處理錯(cuò)誤的程序進(jìn)行處理，以恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為提高跑飛程序的捕獲率，通常還要在引導(dǎo)指令之前放置上幾條空操作指令 NOP。理由是，8051的指令編碼采用的是不等長(zhǎng)方式，長(zhǎng)度分別為1～3字節(jié)，而程序跑飛又是通過(guò)非法隨機(jī)改變PC值形成的。假若跑飛后的PC值落到3 字節(jié)指令LJMP的中間，就會(huì)把操作數(shù)當(dāng)作操作碼來(lái)執(zhí)行，將會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。為了提高捕捉的有效性，就在LJMP指令之前至少填充2條單字節(jié)的 NOP指令。

如果把“5字節(jié)指令串”改換成如下作者新設(shè)計(jì)的“4字節(jié)指令串”，陷阱指令將會(huì)更加有效。理由是，該指令對(duì)應(yīng)的目標(biāo)碼為“00 20 00 20H”，這段碼無(wú)論重復(fù)多少次都是等同的。另外，應(yīng)該在程序存儲(chǔ)器0020H開(kāi)始的3字節(jié)中再放置一條跳轉(zhuǎn)到“軟件復(fù)位程序”真正入口的中轉(zhuǎn)指令 LJMP  SWRST。經(jīng)過(guò)核查，0020H～0022H字節(jié)恰好位于定時(shí)器T1中斷矢量區(qū)尾部和串口中斷矢量之前。

SWRST0     EQU   0020H；定義“軟件復(fù)位程序”的間接入口地址為“0020H”


NOP ；填充一條單字節(jié)的空操作指令，機(jī)器碼是“00H”
LJMP   SWRST0 ；無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到指定地址去。對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼是“20 00 20H” 

軟件復(fù)位技術(shù)

軟件復(fù)位是一種新技術(shù)，目前有越來(lái)越多的新型單片機(jī)配備了該功能。例如Philips公司的P87LPC700和P89LPC900系列、TI- BB公司的MSC1200系列和SunPlus公司的SPMC65系列等，內(nèi)部都設(shè)計(jì)了專門用于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)位的控制寄存器或者控制位。

軟件復(fù)位是在利用軟件陷阱技術(shù)或軟件看門狗技術(shù)時(shí)，必需配套實(shí)施的一項(xiàng)后續(xù)處理工作。所謂“軟件復(fù)位”是一種由用戶軟件控制的復(fù)位活動(dòng)，就是利用一系列指令來(lái)模擬硬件復(fù)位所實(shí)現(xiàn)的各種操作內(nèi)容，并且重新從頭開(kāi)始執(zhí)行用戶程序。

其中的操作內(nèi)容應(yīng)該包含：（1）對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)80C51的21個(gè)特殊功能寄存器SFR的復(fù)位操作，利用MOV指令很容易實(shí)現(xiàn)。全部復(fù)位可能不是必需的，只管那些在用戶程序中用到的SFR即可，可以由用戶自己定制。

2）對(duì)于無(wú)統(tǒng)一編址的程序計(jì)時(shí)器PC的復(fù)位，利用一條跳轉(zhuǎn)指令即可。（3）中斷激活觸發(fā)器的復(fù)位既容易被人們忽略，也不容易實(shí)現(xiàn)。理由是它們對(duì)于用戶程序是不可見(jiàn)的，無(wú)法直接讀寫(xiě)其內(nèi)容。有的編程人員采用LJMP 0000H（機(jī)器碼為20 00 00H）作為軟件陷阱，認(rèn)為直接跳轉(zhuǎn)到復(fù)位矢量就完成了軟件復(fù)位，就是這類失誤案例的典型代表。

清除中斷激活觸發(fā)器有何必要呢？程序的跑飛是隨機(jī)發(fā)生的，其起飛點(diǎn)完全可能發(fā)生在低級(jí)或高級(jí)中斷服務(wù)子程序中，這時(shí)的中斷激活觸發(fā)器已經(jīng)被置位。如果在程序回復(fù)之后沒(méi)有及時(shí)清除它們，將阻止以后出現(xiàn)的所有的同級(jí)或低級(jí)中斷請(qǐng)求。