一、硬件係統可靠性設計

(1)選優設計

在係統硬件設計和加工時
，應該選用質量好的接插件，設計好工藝結構;選用合格的元器件，進行嚴格的測試、篩選和老化;設計時技術參數(如負載)要留有一定的餘量或降額使用元器件;提高印製板和組裝的質量。

(2)冗餘與容錯設計

保證單片機應用係統100%wuguzhangshibukenengde。rongcuoshizhidangxitongdemougebujianfashengguzhangshi
，xitongrengnengwanquanzhengchangdigongzuo，jigeixitongzengjiarongrenguzhangdenengli。weishixitongjuyourongcuonengli，bixuzaixitongzhongzengjiashidangderongyudanyuan，yibaozhengdangmougebujianfashengguzhangshinengyourongyubujianjietiqigongzuo，yuanbujianxiufuhouzaihuifuchucuoqiandezhuangtai。yingjianrongyushejikeyizaiyuanjianji
、子係統或係統級上進行。例如，在係統級上采用雙機係統，兩套係統互為備用。

(3)采用硬件抗幹擾措施

來自供電係統以及通過導線傳輸、電dian磁ci耦ou合he等deng產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao信xin號hao，是shi單dan片pian機ji係xi統tong工gong作zuo不bu穩wen定ding的de重zhong要yao因yin素su

，在zai係xi統tong硬ying件jian設she計ji時shi必bi須xu采cai取qu有you效xiao的de幹gan擾rao抑yi製zhi措cuo施shi。單dan片pian機ji應ying用yong係xi統tong中zhong還hai常chang使shi用yong係xi統tong監jian視shi電dian路lu檢jian測ce係xi統tong發fa生sheng的de錯cuo誤wu或huo故gu障zhang
，自zi動dong報bao警jing或huo使shi係xi統tong自zi動dong恢hui複fu正zheng常chang工gong作zuo狀zhuang態tai。如ru采cai用yong電dian源yuan故gu障zhang監jian視shi、看門狗定時器等采用89C51單片機和X25045組成的看門狗電路，X25045硬件連接圖如圖所示。X25045芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置係統的監控時間。在看門狗定時器預置的時間內若沒有總線活動，則X25045將從RESET輸出一個高電平信號，經過微分電路C2
、R3輸出一個正脈衝，使CPU複位。如圖1所示電路中，CPU的複位信號共有3個：上電複位(C1


、R2)
，人工複位(S、R1、R2)和Watchdog複位(C2、R3)，通過或門綜合後加到RESET端。C2
、R3的時間常數不必太大，有數百微秒即可
，因為這時CPU的振蕩器已經在工作。


看(kan)門(men)狗(gou)電(dian)路(lu)的(de)定(ding)時(shi)時(shi)間(jian)長(chang)短(duan)可(ke)由(you)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)的(de)循(xun)環(huan)周(zhou)期(qi)決(jue)定(ding)，通(tong)常(chang)比(bi)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)時(shi)最(zui)大(da)循(xun)環(huan)周(zhou)期(qi)的(de)時(shi)間(jian)略(lve)長(chang)即(ji)可(ke)。編(bian)程(cheng)時(shi)，可(ke)在(zai)軟(ruan)件(jian)的(de)合(he)適(shi)地(di)方(fang)加(jia)一(yi)條(tiao)喂(wei)狗(gou)指(zhi)令(ling)
，使(shi)看(kan)門(men)狗(gou)的(de)定(ding)時(shi)時(shi)間(jian)永(yong)遠(yuan)達(da)不(bu)到(dao)預(yu)置(zhi)時(shi)間(jian)
，係(xi)統(tong)就(jiu)不(bu)會(hui)複(fu)位(wei)而(er)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。當(dang)係(xi)統(tong)跑(pao)飛(fei)

，用(yong)軟(ruan)件(jian)陷(xian)阱(jing)等(deng)別(bie)的(de)方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)捕(bu)捉(zhuo)回(hui)程(cheng)序(xu)時(shi)
，則(ze)看(kan)門(men)狗(gou)定(ding)時(shi)時(shi)間(jian)很(hen)快(kuai)增(zeng)長(chang)到(dao)預(yu)置(zhi)時(shi)間(jian)，迫(po)使(shi)係(xi)統(tong)複(fu)位(wei)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)
，在(zai)程(cheng)序(xu)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)候(hou)
，應(ying)該(gai)在(zai)適(shi)當(dang)的(de)地(di)方(fang)加(jia)一(yi)條(tiao)喂(wei)狗(gou)指(zhi)令(ling)，使(shi)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)時(shi)的(de)定(ding)時(shi)時(shi)間(jian)達(da)不(bu)到(dao)預(yu)置(zhi)時(shi)間(jian)。係(xi)統(tong)就(jiu)不(bu)會(hui)複(fu)位(wei)。

 二、軟件可靠性設計

單dan片pian機ji應ying用yong係xi統tong的de軟ruan件jian和he硬ying件jian是shi緊jin密mi相xiang關guan的de。要yao使shi整zheng個ge係xi統tong具ju有you較jiao高gao的de可ke靠kao性xing，除chu了le在zai盡jin可ke能neng提ti高gao硬ying件jian可ke靠kao性xing的de前qian提ti下xia
，軟ruan件jian的de可ke靠kao性xing設she計ji也ye是shi必bi不bu可ke少shao的de
，必bi須xu從cong設she計ji、測試及長期使用等方麵來解決軟件可靠性。單片機係統的抗幹擾能力是係統可靠性的重要指標。由於51danpianjidezhilingxitongshifuzazhilingjijiegou，zhishiqikangganraoxingnengjiaodi
，youqiyongzaigongyekongzhidechanghe，ruguobuzengjiaewaidekangganraocuoshi
，shenzhiwufazhengchanggongzuo。danpianjiruanjiankangganraoshejidezhuyaomudejiushijishifaxian“跑飛”的程序，並及時地將程序拉入正常軌道
，主要方法有：指令冗餘、軟件“陷阱”、軟件“看門狗”等等。
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(1)指令冗餘

CPU取qu指zhi令ling過guo程cheng是shi先xian取qu操cao作zuo碼ma
，再zai取qu操cao作zuo數shu。在zai程cheng序xu的de關guan鍵jian地di方fang人ren為wei的de插cha入ru一yi些xie單dan字zi節jie指zhi令ling，或huo將jiang有you效xiao單dan字zi節jie指zhi令ling重zhong寫xie稱cheng為wei指zhi令ling冗rong餘yu，通tong常chang是shi在zai雙shuang字zi節jie指zhi令ling和he三san字zi節jie指zhi令ling後hou插cha入ru兩liang個ge字zi節jie以yi上shang的deNOP指令。這樣即使跑飛程序飛到雙字節指令和三字節指令操作數上。由於窄操作指令NOP的存在，避免了後麵的指令被錯誤地執行，為程序納入正軌做好準備。此外，對係統流向起重要作用的指令，如RET
、RETI

、LCALI.、LJMP,JC等
，可以在這些指令之後插入兩條NOP指令
，可將跑飛程序納入正軌，以確保這些重要指令的執行。指令冗餘隻能使CPU不bu再zai將jiang操cao作zuo數shu當dang作zuo操cao作zuo碼ma錯cuo誤wu地di執zhi行xing，卻que不bu能neng主zhu動dong地di將jiang程cheng序xu的de錯cuo誤wu執zhi行xing方fang向xiang扭niu轉zhuan過guo來lai，要yao想xiang糾jiu止zhi程cheng序xu的de錯cuo誤wu執zhi行xing方fang向xiang，就jiu需xu要yao下xia麵mian的de技ji術shu。

(2)設計軟件“陷阱”

通常在程序存儲器中未使用的EPROM空間填入窄操作指令NOP,最後再填入一條跳轉指令
，跳轉到跑飛處理程序，或者直接填入指令LJMP 0000H,當跑飛程序落到此區域。即可在執行一段空操作後轉入正軌。如果未使用的EPROM空間比較大
，可以均勻地填入幾條空操作指令和跳轉指令，這種幾條空操作指令加一條跳轉指令的結構我們稱之為“軟件陷阱”.

軟件陷阱的一般結構為：

NOP

NOP

LJMP FLY

FLY為wei跑pao飛fei處chu理li子zi程cheng序xu
，如ru果guo程cheng序xu正zheng常chang執zhi行xing
，軟ruan件jian陷xian阱jing部bu分fen是shi永yong遠yuan也ye執zhi行xing不bu到dao的de，隻zhi有you在zai程cheng序xu跑pao飛fei到dao陷xian阱jing裏li，軟ruan件jian陷xian阱jing會hui立li刻ke將jiang程cheng序xu跳tiao轉zhuan到dao正zheng常chang軌gui道dao。即ji使shi程cheng序xu沒mei有you跑pao飛fei到dao陷xian阱jing裏li，也ye可ke以yi在zai程cheng序xu執zhi行xing一yi段duan錯cuo誤wu操cao作zuo後hou遇yu到dao一yi個ge軟ruan件jian陷xian阱jing，從cong而er轉zhuan入ru正zheng軌gui。除chu了le程cheng序xu存cun儲chu器qi的de空kong白bai區qu域yu，程cheng序xu的de數shu據ju表biao結jie尾wei也ye應ying該gai設she置zhi軟ruan件jian陷xian阱jing，如ru果guo數shu據ju表biao比bi較jiao大da，應ying該gai在zai數shu據ju表biao的de中zhong間jian也ye設she置zhi軟ruan件jian陷xian阱jing
，以yi保bao證zheng程cheng序xu跑pao飛fei到dao數shu據ju區qu能neng及ji時shi轉zhuan入ru正zheng軌gui。另ling外wai，如ru果guo程cheng序xu存cun儲chu器qi的de空kong間jian足zu夠gou大da的de話hua
，可ke以yi在zai每mei兩liang個ge子zi程cheng序xu中zhong間jian設she zhiyigeruanjianxianjing。dangshiyongdezhongduanyinganraoerkaifangshi，zaiduiyingdezhongduanfuwuchengxuzhongshezhiruanjianxianjing，nengjishibuhuocuowudezhongduan。ruanjianxianjingdeshuliangyaogenjushijishoudaoganraodeqingkuanghechengxucunchuqideronglianglaiqueding，ruguotaishaobunengjinxingyouxiaodepaofeilanjie，ruguotaiduoyouhuizhanyongdaliangdechengxucunchuqikongjian。

(3)軟件“看門狗”技術

跑飛的程序在執行一些錯誤操作之後。

經常會進入“死循環”,也就足常說的“死機”.通常采用“軟件看門狗”技術使程序脫離“死循環”,軟件“看門狗”技術的原理是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”,需要進行出錯處理。在實際應用中，通常用定時中斷服務程序定時地檢查主程序的運行情況。例如，在RAM區選擇一個字節作為軟件看門狗寄存器

，主程序每循環一次將該寄存器加l,定時器TO的中斷服務程序每中斷一次將該寄存器減l並檢查一次

，如果程序執行正常。看門狗寄存器不會改變或改變不大
，如果看門狗寄存器發生了改變或改變很大，則說明係統陷入“死循環”.需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)出(chu)錯(cuo)處(chu)理(li)。在(zai)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)中(zhong)，嚴(yan)重(zhong)的(de)幹(gan)擾(rao)有(you)時(shi)會(hui)破(po)壞(huai)中(zhong)斷(duan)方(fang)式(shi)控(kong)製(zhi)字(zi)，關(guan)閉(bi)中(zhong)斷(duan)，造(zao)成(cheng)看(kan)門(men)狗(gou)失(shi)效(xiao)，這(zhe)時(shi)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)環(huan)形(xing)中(zhong)斷(duan)監(jian)視(shi)係(xi)統(tong)。用(yong)定(ding)時(shi)器(qi)TO監視定時器Tl,用定時器Tl監視豐程序，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Tl定時器進行串口通訊的測控係統，則定時器Tl不能進行中斷
，可改由串口中斷進行監控。當然，對主程序最大循環周期、定時器T0和Tl定時周期應於全盤合理考慮。軟件“看門狗”技術需要使用定時器，而在大多數的控製程序中，定時器都是緊俏的資源。這就使“軟件看門狗”技術的實際應用受到了限製，我們可以采取一些技巧性的處理，將軟件“看門狗”程序與其它定時程序複用同一個定時器
，這樣既完成定時功能又完成軟件“看門狗”的功能。

(4)檢查RAM區標誌數據及時發現嚴重幹擾

這種方法是在RAM區中選擇幾個固定單元，在初始化程序中將其設置成固定的數據

，隻要程序正常運行
，這些單元的內容是不會改變的。如果因為程序“跑飛”或其它幹擾導致這些RAM單dan元yuan中zhong的de任ren何he單dan元yuan的de數shu據ju發fa生sheng了le變bian化hua，說shuo明ming單dan片pian機ji係xi統tong已yi經jing受shou到dao了le嚴yan重zhong的de幹gan擾rao，不bu能neng可ke靠kao地di運yun行xing下xia去qu了le。我wo們men可ke以yi在zai程cheng序xu執zhi行xing的de過guo程cheng中zhong適shi時shi地di檢jian查zha這zhe些xieRAM單元的內容，一旦發現有數據改變

，立刻執行LJMP 0000 H語句，強製單片機複位。
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(5)刷新輸出端口

paichuyanzhongganrao，dangdanpianjixitongshoudaoyanzhongganraoshi，shuchuduankoudezhuangtaiyekenengyinganraoergaibian
，zaichengxudezhixingguochengzhongshishidigenjuxiangguanchengxumokuaideyunsuanjieguoshuaxinshuchuduankou
，keyipaichuganraoduishuchuduankouzhuangtaideyingxiang
，shicuowudeshuchuzhuangtaijishidedaojiuzheng。

(6)進行多次輸入采樣

避bi免mian嚴yan重zhong幹gan擾rao，強qiang烈lie的de幹gan擾rao會hui影ying響xiang單dan片pian機ji的de輸shu入ru信xin號hao
，造zao成cheng輸shu入ru信xin號hao瞬shun間jian采cai樣yang的de誤wu差cha或huo誤wu讀du，要yao避bi免mian幹gan擾rao的de影ying響xiang，通tong常chang采cai取qu重zhong複fu采cai樣yang
，加jia權quan平ping均jun的de方fang法fa。

三、結束語

danpianjixitongyunxingdekekaoxinghuibuquedingyinsudeganrao。tigaodanpianjiyingyongxitongdekekaoxingyaocongruanyingjianrushou。tigaoxitongdezishenfangyuxingwei，yishangsuotidaojizhongtigaokekaoxingdefangfa，doubushidandushiyongde
，zhiyougenjushijiqingkuangjiangzhexiefangfayouxiaodijieheqilai，cainengdadaozuijiakangganraoxiaoguo，shiwomendedanpianjixitongwendingkekaodigongzuo。

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