中芯國際集成電路制造（天津）有限公司 馮 偉

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單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的影響因素以及測試方法分析

中芯國際集成電路制造（天津）有限公司 馮 偉

【摘要】作為典型的嵌入式微控制器單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對于可靠性的要求非常高。本文從闡述單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的影響因素入手，對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性到測試方法進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)應(yīng)用；系統(tǒng)可靠性；影響因素；測試方法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性實際上受到了系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)采集誤差糾正等能力的影響。因此在此基礎(chǔ)上通過應(yīng)用完善的測試方法就能夠更加及時的發(fā)現(xiàn)可能影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素，并且予以排除了。

一、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的影響因素

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的影響因素有很多，以下從系統(tǒng)抗干擾能力、數(shù)據(jù)采集誤差、監(jiān)控程序不完善、服務(wù)程序死循環(huán)等方面出發(fā)，對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的影響因素進(jìn)行了分析。

1.系統(tǒng)抗干擾能力

系統(tǒng)抗干擾能力差必然會對于系統(tǒng)整體的可靠性帶來不利的影響。眾所周知可靠性是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一，并且這一關(guān)鍵性指標(biāo)實際上是由多種因素所決定的。因此這意味著系統(tǒng)的設(shè)計者與開發(fā)商在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時還應(yīng)當(dāng)確保軟件抗干擾設(shè)計能夠更加靈活并且可以有效的節(jié)省硬件資源，這就代表著更高的可靠性。系統(tǒng)本身的價值也會受到更多的重視。其次，抗干擾能力差往往會導(dǎo)致測控系統(tǒng)的控制順序受到擾亂，或者是因為干擾以及掉電后造成非正常復(fù)位。因此系統(tǒng)抗干擾能力對于一個測控系統(tǒng)來說就顯得尤為重要了。

2.數(shù)據(jù)采集誤差

數(shù)據(jù)采集誤差往往會造成系統(tǒng)的程序飛走失控，最終的結(jié)果往往是陷入死循環(huán)或非正常復(fù)位。數(shù)據(jù)采集誤差的存在會使得系統(tǒng)的運作受到很大程度的干擾。眾所周知單片機(jī)在硬件方面可以采取種種抗干擾措施，但是這一單方面的抗干擾實際上并不能夠消除誤差現(xiàn)象的持續(xù)。因此這意味著還需要同時從軟件方面采取適當(dāng)措施，才能夠在次基礎(chǔ)上取得更加良好的抗干擾效果。其次，針對數(shù)據(jù)采集誤差情況的出現(xiàn)，工作人員首先應(yīng)當(dāng)恢復(fù)一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，例如顯示模塊的初始化和片外擴(kuò)展芯片的初始化等，然后在此基礎(chǔ)上在對于測控系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)和運行參數(shù)等予以恢復(fù)，最終能夠更為細(xì)致地對系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)予以備份，并且有效的保證恢復(fù)的數(shù)據(jù)的可靠性。

3.監(jiān)控程序不完善

抗干擾能力較差代表著系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性的低下。眾所周知現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有單片機(jī)。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多監(jiān)控程序的我不玩算在許多計算機(jī)工程實踐中常常出現(xiàn)。針對情況這一許多技術(shù)人員通常會選擇對于幾種監(jiān)控程序進(jìn)行同時使用，期待可以起到互相補充和完善的效果。但是在這一過程中注意的是，由于硬件抗干擾是主動的，而軟件是抗干擾是被動的。因此為了能夠取得較好的抗干擾效果。只有技術(shù)人員更加細(xì)致周到地分析干擾源，并且在這一過程中將硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，才能夠真正的起到完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，的效果。

4.服務(wù)程序死循環(huán)

服務(wù)程序死循環(huán)是當(dāng)亂飛程序落到此區(qū)后自動入軌的情況。工作人員在應(yīng)對服務(wù)程序死循環(huán)時首先確定初步方案包括模塊功能、信息流向、輸入輸出的描述說明。在這一步，仿真是進(jìn)行方案選擇時有力的決策支持工具。在這一過程中由于硬件設(shè)計會影響到軟件程序結(jié)構(gòu)。 如果系統(tǒng)中增加某個硬件接口芯片， 而給系統(tǒng)程序的模塊化帶來了可能和方便。與此同時，由于程序服務(wù)死循環(huán)的出現(xiàn)主要是因為在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元存在著陷阱指令。并且在這一過程中需要注意的是，服務(wù)程序死循環(huán)的出現(xiàn)還主要是因為指令冗余或軟件陷阱無法起作用。因此這意味著使程序從死循環(huán)中恢復(fù)到正常狀態(tài)的主要方法是設(shè)置時間監(jiān)視器。在這一過程中由于時間監(jiān)視器在兩種：一種是硬時鐘，一種是軟時鐘，通過對于軟時鐘監(jiān)控法進(jìn)行應(yīng)用就可以取得較為良好的效果。

二、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試方法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試方法是由許多先進(jìn)的測試方法所共同構(gòu)成的，以下從數(shù)字濾波方法、比較取舍法、增強軟件容錯率、軟時鐘監(jiān)視法等方面出發(fā)，對于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試方法進(jìn)行了分析。

1.數(shù)字濾波方法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試的第一步是對于數(shù)字濾波方法進(jìn)行合理的應(yīng)用。 搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)應(yīng)用電路，從而能夠在此基礎(chǔ)上更加的了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程技術(shù)人員在數(shù)字濾波方法的應(yīng)用過程中首先應(yīng)當(dāng)對于一點數(shù)據(jù)連續(xù)多次采樣，然后對于采樣數(shù)據(jù)取其算術(shù)平均值。其次，技術(shù)人員在數(shù)字濾波方法的應(yīng)用過程中可以明顯的發(fā)現(xiàn)這種方法可以減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對數(shù)據(jù)采集的影響。與此同時，技術(shù)人員在數(shù)字濾波方法的應(yīng)用過程中當(dāng)系統(tǒng)受到干擾導(dǎo)致PC值改變后，應(yīng)當(dāng)將操作數(shù)作為指令碼執(zhí)行，從而能夠在次基礎(chǔ)上有效的避免程序出現(xiàn)較大程度的錯誤。

2. 比較取舍法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試需要對于比較取舍法進(jìn)行合理的應(yīng)用。技術(shù)人員在比較取舍法的應(yīng)用過程中首先應(yīng)當(dāng)對于一點數(shù)據(jù)連續(xù)采集多次，然后在這一過程中剔除較大偏差。舉例來說，許多競技賽中常用的去掉一個最高分、去掉一個最低分的方法，或取其中相同值、接近值、平均值作為可信采樣結(jié)果，這一方法在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的測試中也可以獲得更多的可信數(shù)據(jù)。與此同時，技術(shù)人員在比較取舍法的應(yīng)用過程中還應(yīng)當(dāng)對于一點數(shù)據(jù)連續(xù)采樣多次然后在依次排序并且取其中間值作為采樣結(jié)果，最終可以確保結(jié)果輸出值具有更強的數(shù)據(jù)精確性。

3.增強軟件容錯率

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試的關(guān)鍵是增強軟件的容錯率。技術(shù)人員在增強軟件容錯率的過程中首先應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識到軟件容錯設(shè)計是一個難以做到完美的設(shè)計工作，這主要是因為這一設(shè)計工作的進(jìn)行需要設(shè)計人員全面的了解各類軟件錯誤形態(tài)，然后在此基礎(chǔ)上才能夠決定出具體的容錯算法。其次，技術(shù)人員在增強軟件容錯率的過程中還對于單片機(jī)系統(tǒng)采取一些簡單的容錯處理，例如技術(shù)人員可以通過對于一些重要參數(shù)的輸入來要求用戶兩次確認(rèn)，并且對于非法的參數(shù)輸入則設(shè)計成單片機(jī)將自動復(fù)位。與此同時，技術(shù)人員在增強軟件容錯率的過程中還應(yīng)當(dāng)幫助系統(tǒng)的使用者可以更加快速而準(zhǔn)確的確定故障部位，在有效避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行的同時也可以讓系統(tǒng)更好的納入正軌。

4.軟時鐘監(jiān)視法

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性測試需要離不開軟時鐘監(jiān)視法的合理應(yīng)用。技術(shù)人員在軟時鐘監(jiān)視法的應(yīng)用過程中首先應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到環(huán)形結(jié)構(gòu)的時間監(jiān)視器具有良好的抗干擾性能，并且可以有效的提高系統(tǒng)的可靠性。其次，技術(shù)人員在軟時鐘監(jiān)視法的應(yīng)用過程中還應(yīng)當(dāng)努力的將亂飛程序納入正軌，最終能夠在此基礎(chǔ)上確保這些重要指令的順利執(zhí)行。

三、結(jié)束語

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性提升需要從前期設(shè)計到后期應(yīng)用都進(jìn)行持續(xù)的測試與優(yōu)化。因此技術(shù)人員需要對于如何提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性的關(guān)鍵有著全面的了解，從而能夠在此基礎(chǔ)上促進(jìn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)整體可靠性與穩(wěn)定性的不斷進(jìn)步。

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