4 嵌入式系統(tǒng)軟件抗EMC技術(shù)

為了增強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，嵌入式系統(tǒng)除硬件抗干擾外，可以在軟件上采用一定的技巧抗干擾，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠。

4．1 信息冗余技術(shù)

為了防止干擾，系統(tǒng)對(duì)重要數(shù)據(jù)或文件復(fù)制到多個(gè)存儲(chǔ)單元，當(dāng)一個(gè)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)損壞后立即啟動(dòng)備用存儲(chǔ)單元使數(shù)據(jù)恢復(fù)。

4．2 時(shí)間冗余技術(shù)

為了增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，對(duì)于重要區(qū)域重復(fù)執(zhí)行，將第1次與第2次的執(zhí)行結(jié)果相比較如相同則認(rèn)為正確，如不同第1次或第2次執(zhí)行有問題或兩次都有問題，程序再執(zhí)行第3次、第4次，如果有1次相同則認(rèn)為正確。

4．3 自動(dòng)檢測(cè)與診斷技術(shù)

自動(dòng)檢測(cè)包括嵌入式系統(tǒng)RAM的檢測(cè)、ROM的檢測(cè)、標(biāo)志位的檢測(cè)等，對(duì)RAM的檢測(cè)在開機(jī)時(shí)可以在RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)開辟幾個(gè)單元，向RAM存儲(chǔ)單元寫入不同的數(shù)值例如55H、AAH、EEH等，在執(zhí)行程序時(shí)讀出這些存儲(chǔ)單元的值是否開機(jī)放置的數(shù)值相等，判斷程序執(zhí)行的正確性。ROM用來(lái)放程序或表格數(shù)值，對(duì)ROM區(qū)域二進(jìn)制數(shù)0和1的個(gè)數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)程序執(zhí)行的正確性。在程序的執(zhí)行過(guò)程中RAM區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)果不同，對(duì)標(biāo)志位產(chǎn)生影響不同，例如51單片機(jī)中PSW，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)相加出現(xiàn)進(jìn)位時(shí)PSW中第位7位CY由硬件置，用戶可以查詢PSW中第7位判斷程序執(zhí)行的正確性。

4．4 軟件陷阱技術(shù)

軟件陷阱技術(shù)指嵌入式系統(tǒng)中程序存儲(chǔ)器不一定用完，如因干擾嵌入式系統(tǒng)程序計(jì)數(shù)器PC值錯(cuò)誤，程序?qū)?huì)跳到?jīng)]用到的存儲(chǔ)空間，導(dǎo)致系統(tǒng)出錯(cuò)或程序跑飛，軟件陷阱就是在這些沒有用到的程序存儲(chǔ)器中放入空指令和無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)程序跑飛跑到空程序存儲(chǔ)器中，嵌入式系統(tǒng)則認(rèn)為系統(tǒng)受到干擾程序執(zhí)行出錯(cuò)，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。

5 集成STFWD100xP WTD的應(yīng)用

5．1 看門狗WTD的分類和特點(diǎn)

看門狗可分為硬件看門狗和軟件看門狗，軟件看門狗不需要外接硬件電路，但軟件定時(shí)器會(huì)耗費(fèi)系統(tǒng)CPU資源，軟件過(guò)長(zhǎng)還可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓；硬件看門狗幾乎不耗費(fèi)系統(tǒng)資源使用隨意性較大，硬件看門狗主要是為防止程序在執(zhí)行過(guò)程中受到干擾致使程序跑飛的一種監(jiān)控芯片，常用WTD集成電路有Xicor公司X25045，Dallas公司DSl232和意法半導(dǎo)體公司STWD100等，有的嵌入式CPU本身自帶WTD，如PIC系列和51S系列單片機(jī)。硬件看門狗實(shí)際就是一個(gè)Timer，未等到定時(shí)器溢出時(shí)程序不斷給定時(shí)器賦值，程序正常執(zhí)行情況下定時(shí)器不會(huì)溢出，當(dāng)程序跑飛沒有正常為WTD賦值定時(shí)器會(huì)溢出，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。看門狗就是在程序正常執(zhí)行處放一條或幾條喂狗指令，使看門狗處于喂飽狀態(tài)，如程序跑飛長(zhǎng)時(shí)間沒有喂狗，看門狗就會(huì)叫使嵌入式系統(tǒng)重啟或復(fù)位。

STWD100是意法半導(dǎo)體公司新推出的一款操作簡(jiǎn)單、SOT23-5小型封裝、超低功耗、超小體積5腳WTD集成電路，靜態(tài)電流13μA、輸出電流20 mA、輸出功耗320 mW。STWD100系列與X25045不同，STWD100省去繁瑣的命令，例如X25045讀、寫鎖存器，讀寫狀態(tài)寄存器；STWD100系列芯片不同喂狗周期不同，每種芯片只有一個(gè)固定的定時(shí)周期，例如STWD100xP，STWD100xW，STWD100xX，STWD100xY喂狗周期分別為3．4 ms，6．3 ms，102 ms，1．6 s。STD100xP引腳和封裝如圖1所示。

圖1中1腳WD0：看門狗溢出后輸出，漏級(jí)開路門使用時(shí)須接上拉電阻；2腳GND：接地；3腳EN：集成電路使能信號(hào)，低電平有效最低保持時(shí)間1μs；4腳WDI：時(shí)鐘信號(hào)輸入端(0．2～0．8)Vcc，上升沿定時(shí)器置數(shù)并啟動(dòng)；5腳Vcc：電源，2．7～5．5V。

5．2 STWD100的硬件設(shè)計(jì)

5．2．1 STWD100與51嵌入式系統(tǒng)連接原理圖

STWD100同51單片機(jī)系統(tǒng)連接如圖2所示。

該系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)共有3種、上電復(fù)位、按鍵復(fù)位和看門狗定時(shí)器溢出復(fù)位。STDW100初始化設(shè)置有2種方式：

(1)當(dāng)系統(tǒng)上電、使能信號(hào)EN=0，STWD100xY看門狗啟動(dòng)定時(shí)，定時(shí)周期為3．4 ms，在3．4 ms內(nèi)WDO輸出高電平，程序必須在3．4 ms內(nèi)送入喂狗指令否則系統(tǒng)認(rèn)為程序跑飛，WDO輸出低電平系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，如圖2所示。

(2)當(dāng)WDI輸入上升沿時(shí)看門狗定時(shí)器啟動(dòng)，啟動(dòng)后WDO保持原有高電平直到定時(shí)器3．4 ms后溢出WDO翻轉(zhuǎn)，WDO輸出低電平系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位如圖2所示。

5．2．2 STWD100的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)STWD100時(shí)序原理，當(dāng)系統(tǒng)上電初始化設(shè)置使能信號(hào)EN=0，WD0=1啟動(dòng)看門狗，程序在3．4 ms定時(shí)周期內(nèi)喂狗防止系統(tǒng)死機(jī)或程序跑飛，如在3．4 ms內(nèi)系統(tǒng)未檢測(cè)到喂狗指令，WDO輸出低電平系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，具體程序如下：

5．3 STWD100實(shí)驗(yàn)結(jié)果

STWD100技術(shù)比較成熟，基本不會(huì)出現(xiàn)由STWD100自身技術(shù)原因和缺陷帶來(lái)的不穩(wěn)定，關(guān)鍵是用戶掌握好軟件看門狗喂狗的時(shí)間和時(shí)序，喂狗時(shí)間過(guò)短系統(tǒng)效率不高，喂狗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致系統(tǒng)重啟。STWD100xP時(shí)序圖如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在幾乎不占用CPU資源的情況下，系統(tǒng)加上STWD100硬件看門狗后，系統(tǒng)工作穩(wěn)定度提高很多幾乎沒有出現(xiàn)死機(jī)和程序跑飛的情況，有效防止了系統(tǒng)干擾提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

在有交流接觸器、繼電器、電機(jī)控制的程控噴泉控制系統(tǒng)中，加STWD100硬件看門狗，系統(tǒng)連續(xù)開關(guān)50次運(yùn)行正常；連續(xù)工作12 h并不間斷外加電機(jī)、焊機(jī)干擾，系統(tǒng)無(wú)死機(jī)、程序跑飛等異常情況出現(xiàn)，工作穩(wěn)定可靠，解決了由繼電器、交流接觸器等器件動(dòng)作時(shí)帶來(lái)的干擾，引起CPU誤動(dòng)和死機(jī)等不穩(wěn)定現(xiàn)象。在實(shí)際中應(yīng)注意掌握好喂狗時(shí)間間隔，一般在1～2 ms效果最佳。STWD100硬件看門狗在不占用CPU資源的情況下，系統(tǒng)工作穩(wěn)定度和可靠性提高到100％，可廣泛用于繼電器、接觸器等具有較強(qiáng)干擾控制系統(tǒng)。