如何改造成品單片機系統

通過(guò)一個(gè)監控系統的研制，闡述了對一個(gè)不熟悉的微機系統進(jìn)行改造時(shí)應遵循的原則及基本方法，介紹了雙端口存貯器IDT7132和看門(mén)狗WDT的用法。
關(guān)鍵詞：監控系統，單片機，雙端口存貯器，WDT
　　　
　　制作微機監控系統時(shí)，若受監控對象本身也是一個(gè)微機系統，且又沒(méi)有電路圖、程序等資料時(shí)，如何采集對象的內部數據（如CPU狀態(tài)等），如何修改對象的程序方不至令原系統運行不穩定和崩潰，如何充分利用監控對象的資源，是一個(gè)帶有普遍性的問(wèn)題。
　　筆者研制的“數字實(shí)驗監控系統”，其主要功能是采集30臺學(xué)生實(shí)驗機狀態(tài)和過(guò)程信息，送往中心主機顯示。監控對象是一臺型號為DLES的數字電路實(shí)驗機，這是某公司的產(chǎn)品，除簡(jiǎn)單的用法說(shuō)明書(shū)外別無(wú)其它資料。該機的核心是單片機8031，帶6位鍵盤(pán)和數碼管顯示、并行口8155等，可選擇CPU工作方式產(chǎn)生各種實(shí)驗信號。

1用雙端口RAM采集數據
　　監控系統的首要任務(wù)是獲取受控對象的各種狀態(tài)信息。用IO線(xiàn)取得的只是其外部信息，且當高頻時(shí)容易遺漏。要取得重要的內部信息，必須設法使監控對象的CPU自動(dòng)送出信息，即采用雙CPU通訊。無(wú)論用并行通訊還是串行通訊，都要大幅修改原機程序，且要占用原機CPU很多等待、檢測通訊口的時(shí)間，很容易破壞原機的固有時(shí)序。較好的方法是采用共享存貯器方式，只要在原機程序的適當位置插入一段程序，令其定時(shí)將自身的重要信息（例如片內RAM的256字節內容）送到共享存貯器就可以了。
本系統采用雙端口存貯器IDT7132來(lái)實(shí)現兩CPU的通訊。雙口存貯器有2套獨立的IO電路，可供2個(gè)CPU在不同時(shí)刻讀寫(xiě)各個(gè)存貯單元。但同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一存貯單元會(huì )產(chǎn)生沖突。IDT7132有一套沖突仲裁電路，使先到一方獲得優(yōu)先權實(shí)現讀寫(xiě)操作，而向另一方發(fā)出一個(gè)沖突信號BUSY。
　　沖突發(fā)生時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)存貯器失敗的一方要將剛失敗的一句指令再執行一次，本系統是將BUSY線(xiàn)接到單片機的中斷線(xiàn)INT0，電路見(jiàn)圖1。但單片機的程序指針PC不能直接被讀寫(xiě)，而中斷的發(fā)生又是隨機的，無(wú)法掌握其出現的時(shí)刻，要重復執行中斷前的一句指令殊不容易。為實(shí)現這功能，用了一點(diǎn)技巧：因為，中斷服務(wù)程序執行前，PC值必自動(dòng)壓入堆棧，可在中斷服務(wù)程序中將該PC值出棧，作減3處理后再入棧，則中斷結束出棧的PC值已退回指向到中斷前的一句指令了。

　　原實(shí)驗機已經(jīng)使用了5條高位地址線(xiàn),若要增加2KB容量的IDT7132,將超過(guò)8031單片機最大64K存貯空間的限制。為此,利用單片機一條懸空的中斷口引腳INT1充當IDT7132的片選控制線(xiàn),CPU要訪(fǎng)問(wèn)IDT7132就不能僅用常規的MOVX指令，而必須在讀寫(xiě)存貯器的前后各增加一條使INT1變低電平然后變高電平的指令，該指令如下：
CLRINT1MOVXA，＠DPTR　　SETBINT1
2原系統已用資源的查找
　　要改造別人的系統，難點(diǎn)之一是要了解原系統對各種資源的使用情況。單片機的內部讀寫(xiě)存貯器RAM只有128字節，而要增改原機程序必須使用這些片內RAM，從而可能造成資源沖突。為了解原系統對片內RAM的使用情況，借用了文字編輯軟件的搜索功能。因為單片機對片內RAM的尋址方式只有2種：（1）直接尋址，此時(shí)，可將RAM的直接地址作為搜索關(guān)鍵字，調用編輯軟件的搜索功能，在原實(shí)驗機程序中逐個(gè)顯示該地址出現的地方；（2）以R0和R1為指針的間接尋址，這時(shí)，可分別以＠R0和＠R1為關(guān)鍵字搜索原程序，在出現的地方分析R0和R1的變化情況及范圍。
　　若以上兩方法勻未找到所關(guān)注的RAM單元，則可以肯定原系統未使用該資源。若該單元同時(shí)又是可位尋址的，而位地址只有直接尋址一種方式，故必須采用上述的第（1）種方式搜索一次，結論也是非常明確的。
3修改和插入程序的方法
　　如果監控對象的信號是軟件方式產(chǎn)生的（本實(shí)驗機就是這樣），修改、增加程序時(shí)在時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)上要非常小心，否則會(huì )導致原機時(shí)序出錯。以下是兩種常用的可行方法：
　 （1）在原程序的延時(shí)過(guò)程中，刪除其延時(shí)指令，插入執行時(shí)間大致同其原延時(shí)時(shí)間相當的新程序。例如，原實(shí)驗機為數碼管顯示而設的延時(shí)子程序就被用于將適當個(gè)字節的信息傳遞到雙端口存貯器。
?。?）在原程序中等待某些事件發(fā)生的過(guò)程中，插入新程序。例如等待鍵盤(pán)按鍵時(shí)，可以控制程序跳往新的功能模塊，執行適當時(shí)間后再返回。
4監視定時(shí)器WDT的處理
　　在大部分微機控制系統中，WDT（看門(mén)狗，在6800系列中是COP）都是首選的抗干擾措施之一，其作用是以軟件和硬件方式設置一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)強制系統復位，以防止程序失控“跑飛”。
　　修改舊程序時(shí)必須留意查看原系統有無(wú)WDT，否則可能導致系統崩潰。若有，則首先要找到WDT的定時(shí)時(shí)間。硬件WDT的時(shí)間值一般是固定的，可查資料得到。例如8096系列是64K個(gè)狀態(tài)周
期。軟件WDT要先找到所用的定時(shí)器，可循2個(gè)途徑：（1）芯片自身的定時(shí)器。這可以在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中查找，例如8051系列的二個(gè)定時(shí)器的中斷服務(wù)程序入口地址分別是000BH和0001BH，查看這2段程序可知哪一個(gè)是用于WDT的，然后進(jìn)一步在主程序的初始化設置中查看對該定時(shí)器的設置，便可找到定時(shí)時(shí)間；（2）外圍芯片（例如8155）的定時(shí)器，要將之用于WDT必須將定時(shí)器溢出線(xiàn)接到單片機的某外部中斷線(xiàn)上，查看這些外部中斷服務(wù)程序就可以找到相應的定時(shí)器，再查看主程序中對該定時(shí)器的設置，也能找到定時(shí)值。
　　知道了WDT的溢出時(shí)間后，就可以在修改或增加的程序中，每隔規定的時(shí)間插入一段指令清除定時(shí)器以使WDT不對系統復位。例如對8096系統，若不使用乘除指令，可以每執行約4K條指令插入以下2條指令：
MOV0AH，＃1EH
　　MOV0AH，＃E1H
5借用監控對象的資源
　　充分利用監控對象的資源，可以降低成本，最主要是可以使學(xué)生不必耗費時(shí)間多學(xué)習一臺儀器的使用方法。本監控系統借用了原實(shí)驗機上的鍵盤(pán)和數碼管顯示器。
　　原實(shí)驗機以?huà)呙鐸O口方式擴展6位鍵盤(pán)，每個(gè)鍵盤(pán)都賦予了固定的鍵值和鍵功能，以及固定的鍵處理程序段。為了利用原實(shí)驗機的鍵盤(pán)使其執行新的鍵功能，又不破壞原來(lái)的功能，采用了這樣的方法：改寫(xiě)原機的鍵盤(pán)掃描程序段，定義當某2個(gè)鍵（是在原機中沒(méi)有用到的）同時(shí)按下時(shí)，就跳出原程序轉往一個(gè)新編寫(xiě)的程序模塊。在該新模塊中，所有鍵功能都可以被任意重新定義，當處理完新按鍵后再轉回原機程序中執行。
　　要利用原機的數碼管顯示器，可以有兩種方法：
（1）編寫(xiě)新的顯示程序；（2）利用原程序的顯示功能，將要顯示的內容嵌入原程序中。因后者能很好地兼容原機程序，不易導致系統出錯或崩潰，故選用之。通過(guò)研究和測試，知原機的顯示機理是將顯示數據送緩沖區，由專(zhuān)用顯示模塊轉為八段數碼管顯示值。但其轉換算法非常復雜繁鎖。為不占用原機CPU太多時(shí)間及不易出錯，將所有可能的數據逐個(gè)送入緩沖區，測出一張數據同顯示式樣的對照表，在增加的新程序中，將顯示數據查表轉換后送緩沖區就可以了。