1 引言 随着工业自动化水平的不断提高,以MCS-51单片机为核心所构成的单片机应用系统得到了广泛应用,如水泥生料配料系统、电子皮带秤给料控制、各种现场智能测量仪表等。但其工作现场条件恶劣,干扰多而且幅度大,严重影响着应用系统的正常运行与可靠性,甚至使应用系统计算机进入死循环而瘫痪,通常称为程序“跑飞”。由此引出的计算机可靠性问题,一直是人们研究的重要课题。 2 “看门狗”技术及其对干扰的抑制 2.1 程序“跑飞”对系统的攻击 图1 原理框图 图2 原理波形图 在程序正常运行时,计算机通过程序以周期T1向定时器发送脉冲触发定时器(或通过软件以T1为周期初始化定时器),而由定时脉冲控制的定时器动作时间为T2(T3),在T1<T2(T3)时,定时器不会动作,处于休眠状态。当计算机受到强干扰等作用破坏后,程序计数器PC中内容不再是程序的正确代码,而可能为一随机拼合的数据,这样会使取指不正确,必然导致程序运行混乱“跑飞”,进入死循环而死机。反过来由于程序脱离正常循环,也使定时器触发脉冲丢失,在经过T2(T3)时间后,“看门狗”定时器被激活,向CPU发出Reset信号使其复位,将“跑飞”的程序从PC=0000H开始,纳入正常轨道。但有些生产过程是不能从头开始的,应用程序均是一循环体,且在开始处均有初始化程序,包含各种寄存器、指针、变量、控制字等。此时状态不能反应“跑飞”时的状态,有时还有人身、设备等方面的安全危险。在这种情况下,程序“跑飞”后应设法找到出错时的断点,此时就可以采用二级“看门狗”的方式。由程序设计时优先级设置为最高级的定时器一先发出中断请求信号,CPU响应中断转向中断处理程序,进而恢复系统。第二级“看门狗”电路只有在第一级未起作用时经过T3才起动Reset信号。 图3 二级“看门狗”电路 (4)利用8031片内定时器/计数器 8031片内有两个十六位的定时器/计数器,可用定时器T0。在应用程序对T0初始化时,将其定时时间T2设置得比应用程序循环体执行时间T1长,可取:T2=(1.5~2)T1。当程序正常时,T0不会溢出,“跑飞”时溢出,定时器/计数器控制寄存器TCON的TF0(TCON.5)由8031内部硬件置位TF0=1,发出中断信号。设8031采用12MHz晶振,经定时器内部12分频后得1MHz的定时时钟,对应定时时间1μs,最长可定时约65.5ms,如应用程序循环时间T1=10ms,则可取T2=2T1=20ms,定时器的初值X可由下式确定: (216-X)×1μs=20ms 定时器的初始化程序: MOV TLO,#OEOH 在应用程序的系统初始化时用下面指令设定T0优先级: SETB EA; 开放中断 T0中断服务流程与中断服务流程(见图4)相比,其中断入口为000BH,去掉P1.0取反的指令,其余相同。靠优先级别最高的中断将控制权重新夺回交给CPU,使系统恢复正常。 图4 中断服务流程 2.4 断点的查找与恢复 3 结束语 “看门狗”是对付“跑飞”的有力手段,在生产过程中由于特定的生产条件使得“看门狗”技术有其相当的作用。我们在对某水泥厂微机配料系统的技术改造过程中采用了二级“看门狗”技术,该系统运行两年多来经受住了各种强干扰的考验,取得了令人满意的效果。 |
电工学习网 ( )
GMT+8, 2023-5-25 10:27