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单片机编程经验

时间:2013-11-23  来源:123485.com  作者:9stone

经验之一:用“软件陷阱+程序口令”对付PC指针的弹飞
当CPU受到外界干扰,有时PC指针会飞到另一段程序中,或跳到空白段去。
其实,如果PC指针飞到空白段去,倒也好处理。只要在空白段设立软件陷阱(拦截指令),将程序拦截到初始化段或程序错误处理段。
但是,如果PC指针飞到另一段程序中去了,系统如何办?小匠在这里推荐一种方法——程序口令,
思路如下:

1、首先,程序必须模块化。每个模块(子程序)执行一个功能。每个模块只有一个出口(RET)。
2、设立一个模块(子程序)ID寄存器。
3、为每个子程序配置一个唯一的ID号码。
4、每当子程序执行完毕,要返回(RET)之前,先将本子程序的ID号送入 ID寄存器
5、返回到上级程序后,先判断ID寄存器中的ID号。如果正确,则继续执行;如果不正确,则表示PC指针有可能已经跳错了,子程序没有按预计的出口返回,这时将程序拦截到初始化段或程序错误处理段。

这种方法,如同在程序中设立了若干个岗哨,每次调用子程序返回后,都要对口令(ID号),验明正身后再放行。再配合软件陷阱,基本上可以将大多数PC指针弹飞的现象检测到。到了程序错误处理段,要杀要剐(冷启动还是热启动)就由您了。

仅以一条代码来揭示程序飞跑的本质!
750102H  ;MOV 01H,#02H

如当前PC不是指向75H,而是指向01H或02H,那么51内的指令译码器将把她们忠实地翻译成AJMP XX01H 或 LJMP XXXXH  而XX01H XXXXH又是什么呢?天知道!这样恶性飞跑下去那还不死定!
改革一下:
CLR A ;0C4H
INC A ;04H
MOV R1,A ;0F9H
INC A ;04H 
MOV @R1,A  ;86H
每一字节代码都不能在生成跳转和循环,且都是单字节指令!往那跑去?跑出去了都要自己回来!“在家”千日好!“跳出”事事难嘛!这样只要平时习惯了用累加器和寄存器把数倒一倒,把那些危险代码都给倒掉,这样虽说给PC的“足”上多加了两字节的“包”可它不好“跑”啊!“足包”====跑!
有朋友会问:要是PC抓做02H--LJMP 又有抓做了老鼻子远的XXH,再抓做隔壁的YYH不就没用了吗?提这样的问题只有ZENYIN这种钻牛角得才会提!PC那一位最活跃啊?PC0啊!要“扯拐”显然发生在她身上,至于那PC15同志啊,睡得更死猪一样,雷爆(强干扰)来了都打不醒?此外如果干扰都强到了PC高位都出错的地步!关电!关电!不干了!“不是我们不行而是敌人太强大”!反过来要是敌人在你的专政下,只是偶尔出来捣捣乱,但一出来就冲到屁西(PC)高层,就要问问是不是你的王国根基(硬件)有问题了?而非出在意识形态(软件)上!硬件为本!软件为标!标本兼治铸就坚强体魄,方能百毒不侵!

经验之二、不要轻信软件狗
关于软件狗的讨论,论坛上多矣。
匠人也曾经查阅过许多关于软件狗的文章。有些大师确实提出了一些比较有技巧性的方法。
但是,匠人的忠告是:不要轻信软件狗!

其实,软件狗相当于软件的一种自律行为。一般的思路都是通过设立一个计数器,在计时中断中对其+1,在主程序的适当地方对其清零。如果程序失控了,清零指令未被执行,但中断造常发生,则计数器溢出(狗狗叫了)。

但是这里有个问题:万一干扰导致中断被屏蔽了,那软件狗就永远不会叫了!——针对这种可能,有人提出在主程序中反复刷新中断使能标志,保证不让中断被屏蔽。——但万一程序飞到某个死循环中去了,不再执行“刷新中断使能标志”这一功能了,还是有可能把狗狗活活饿死。

所以,匠人的观点是:看门狗必须拥有独立的计数器。(即硬件看门狗)

好在现在好多芯片都提供了内部WDT。这种狗都是自带计数器的。即使干扰导致程序失控,WDT还是会造常计数直到溢出。

当然,匠人也没有要将软件狗一棍子全部打死的意思。毕竟不管是软狗还是硬狗,逮到耗子就是好狗嘛(狗拿耗子——多管闲事?)。如果哪位训狗专家确实养过一条能看门的好软件狗,请牵出来让大伙瞧瞧。

经验之三、话说RAM冗余技术

所谓的RAM冗余,就是:

  1. 将重要的数据信息备份2份(或以上)并存放在RAM中不同的区域(指地址不相连)。
  2. 当平时对这些数据进行修改时,同时也更新备份
  3. 当干扰发生并被拦截到“程序错误处理段”中时,将数据与备份做比较,采用表决方式(少数服从多数)选出正确(或可能正确?)的那个。
  4. 备份越多,效果越好。(当然,你得有足够的存储空间)
  5. 只备份最最原始的数据。中间变量(指那些可以从原始数据重新推导出来的数据)不必备份


注:
1、这种思路的理论依据,据说是源于一种“概率论”,即一个人被老婆打肿脸的概率是很大的,但如果他捂着脸去上班却发现全公司每个已婚男人的脸都青了,这种概率是很小的。同理,一个RAM寄存器数据被冲毁的概率是很大的,但地址不相连的多个RAM同时被冲毁的概率是很小的。
2、前两年,小匠学徒时,用过一次这种方法,但效果不太理想。当时感觉可能是概率论在我这失效了?现在回想起来,可能是备份的时机选的不好。结果将已经冲毁的数据又备份进去了。这样以来,恢复出来的数据自然也就不对了。

经验之四、话说指令冗余技术
前面有个朋友问到指令冗余,按匠人的理解,指令冗余,就是动作冗余。

举个例子,你要在某个输出口上输出一个高电平去驱动一个外部器件,你如果只送一次“1”,那么,当干扰来临时,这个“1”就有可能变成“0”了。正确的处理方式是,你定期刷新这个“1”。那么,即使偶然受了干扰,它也能恢复回来。

除了I/O口动作的冗余,匠人强烈建议大家在下面各方面也采用这种方法:

  1. LCD的显示。有时,也许你会用一些LCD的专用驱动芯片(如HT1621),这种芯片有个好处,即你只要将显示数据传送给它,它就会不断的自动扫描LCD。但是,你千万不要以为这样就没你啥事了。正确的处理方式是,要记得定期刷新送显数据(即使显示内容没有改变)。对于CPU中自带LCD DRIVER 的,也要定期刷新LCD RAM。
  2. 中断使能标志的设置。不要以为你在程序初始化段将中断设置好就OK了。应该在主程序中适当的地方定期刷新一下,以免你的中断被挂起来。
  3. 其它一些标志字和参数寄存器(包括你自己定义的),也要记得常常刷新。
  4. 其它一些你认为有必要反复刷新的地方。

经验之五、10种软件滤波方法
下面奉献——
匠人呕心沥血搜肠刮肚冥思苦想东拼西凑整理出来的10种软件滤波方法

1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
    A、方法:
        根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A)
        每次检测到新值时判断:
        如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
        如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
    B、优点:
        能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
    C、缺点
        无法抑制那种周期性的干扰
        平滑度差
   
2、中位值滤波法
    A、方法:
        连续采样N次(N取奇数)
        把N次采样值按大小排列
        取中间值为本次有效值
    B、优点:
        能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
        对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
    C、缺点:
        对流量、速度等快速变化的参数不宜

3、算术平均滤波法
    A、方法:
        连续取N个采样值进行算术平均运算
        N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低
        N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高
        N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4
    B、优点:
        适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
        这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动
    C、缺点:
        对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
        比较浪费RAM
       
4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
    A、方法:
        把连续取N个采样值看成一个队列
        队列的长度固定为N
        每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)
        把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
        N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4~12;温度,N=1~4
    B、优点:
        对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高
        适用于高频振荡的系统   
    C、缺点:
        灵敏度低
        对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
        不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
        不适用于脉冲干扰比较严重的场合
        比较浪费RAM
       
5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
    A、方法:
        相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
        连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值
        然后计算N-2个数据的算术平均值
        N值的选取:3~14
    B、优点:
        融合了两种滤波法的优点
        对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
    C、缺点:
        测量速度较慢,和算术平均滤波法一样
        比较浪费RAM


6、限幅平均滤波法
    A、方法:
        相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
        每次采样到的新数据先进行限幅处理,
        再送入队列进行递推平均滤波处理
    B、优点:
        融合了两种滤波法的优点
        对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
    C、缺点:
        比较浪费RAM

7、一阶滞后滤波法
    A、方法:
        取a=0~1
        本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果
    B、优点:
        对周期性干扰具有良好的抑制作用
        适用于波动频率较高的场合
    C、缺点:
        相位滞后,灵敏度低
        滞后程度取决于a值大小
        不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
       
8、加权递推平均滤波法
    A、方法:
        是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权
        通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。
        给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低
    B、优点:
        适用于有较大纯滞后时间常数的对象
        和采样周期较短的系统
    C、缺点:
        对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号
        不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差

9、消抖滤波法
    A、方法:
        设置一个滤波计数器
        将每次采样值与当前有效值比较:
        如果采样值=当前有效值,则计数器清零
        如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出)
            如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
    B、优点:
        对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
        可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
    C、缺点:
        对于快速变化的参数不宜
        如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导
入系

10、限幅消抖滤波法
    A、方法:
        相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
        先限幅,后消抖
    B、优点:
        继承了“限幅”和“消抖”的优点
        改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
    C、缺点:
        对于快速变化的参数不宜

11 数字滤波器
    A. 方法:
   确定信号带宽, 滤之。
   Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X
(n-2) + ... + bk*X(n-k)

   B. 优点:高通,低通,带通,带阻任意。设计简单(用matlab)
   C. 缺点:运算量大。


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