基于32位單片機的高可靠性系統設計
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軟件看門(mén)狗
在MC68HC376 的SIM 模塊中，有一個(gè)軟件看門(mén)狗，在監控程序中，可以開(kāi)啟軟件看門(mén)狗，配合提高系統的可靠性。該軟件看門(mén)狗由MC68HC376的系統保護控制寄存器(SYPCR)中的SWE 位控制開(kāi)啟。當SWE 位為1 時(shí)，看門(mén)狗啟動(dòng)，開(kāi)始計時(shí)。在裝置正常工作時(shí)，程序應該在軟件看門(mén)狗溢出之前對軟件服務(wù)寄存器(SWSR)先后寫(xiě)入55H 和AAH，當寫(xiě)入完成之后，軟件看門(mén)狗就會(huì )清除當前計時(shí)值，重新開(kāi)始計時(shí)。如果計時(shí)值溢出，則會(huì )使MC68HC376 的/RESET引腳有效，系統復位。這樣，就可以在程序死循環(huán)或者由于其它原因而導致程序跳飛時(shí)自動(dòng)回復到復位狀態(tài)?？撮T(mén)狗的溢出時(shí)間由系統頻率以及SYPCR 寄存器的看門(mén)狗分頻位(SWP)和看門(mén)狗定時(shí)區(SWT[1:0])決定，如表1所示。選擇看門(mén)狗溢出時(shí)間時(shí)應該注意大小適中，若取值過(guò)大，則程序可能會(huì )較長(cháng)時(shí)間處于死循環(huán)或跳飛狀態(tài)，從而導致控制錯誤或失效；若取值過(guò)小，則會(huì )增加程序負擔，降低裝置運行效率。
程序的區域劃分和操作級別控制
CPU32 可進(jìn)行兩種優(yōu)先級別的操作：監控級別和用戶(hù)級別。在監控級別下，CPU 可以對所有的內部集成資源和所有的指令進(jìn)行操作，而在用戶(hù)級別下，它對一些寄存器和指令的訪(fǎng)問(wèn)會(huì )受到限制。在程序中有效地利用這種優(yōu)先級別會(huì )使內部資源和一些系統指令得到有控制的訪(fǎng)問(wèn)，從而提高系統運行的可靠性。CPU32的狀態(tài)寄存器SR 中的S 位決定CPU 的工作級別，當S=1 時(shí)CPU 處于監控級別；S=0時(shí)CPU處于用戶(hù)級別。 一般情況下，單片機的程序區和數據區在同一個(gè)物理地址空間。對于MC68HC376，可以通過(guò)功能碼FC[2:0]來(lái)擴展和劃分外部物理空間，對FC[2:0]實(shí)現外部解碼，可以使監控級程序、監控級數據、用戶(hù)級程序、用戶(hù)級數據分別使用各自獨立的地址空間。對于MC68HC376內部的各個(gè)模塊，可以通過(guò)其相應的結構寄存器中的SUPV 位來(lái)確定該部分的通用寄存器所處的地址空間，當SUPV=1 時(shí)，將相關(guān)的寄存器放置于監控級數據地址空間，CPU只有在監控級別時(shí)才可對其訪(fǎng)問(wèn)和操作；當SUPV=0 時(shí)，將相關(guān)的寄存器放置于數據級數據地址空間，CPU可任意對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和操作。這樣，整個(gè)程序結構性強，按級別控制訪(fǎng)問(wèn)，增強了運行的可靠性。
總線(xiàn)監視器
MC68HC376 進(jìn)行內部總線(xiàn)操作時(shí)，數據選通應答引腳(/DSACK)和自動(dòng)向量引腳(/AVEC)應該有相應的應答信號。SIM模塊中的總線(xiàn)監視器能對/DSACK和/AVEC信號進(jìn)行監視，當響應時(shí)間超過(guò)定時(shí)值就使總線(xiàn)錯誤(/BERR)引腳有效。程序應對/BERR的狀態(tài)進(jìn)行監視，以便及時(shí)對總線(xiàn)錯誤做出相應的處理。
總線(xiàn)監視器的定時(shí)值由系統保護控制寄存器(SYPCR)中的總線(xiàn)監視時(shí)間區(BMT[1:0])決定。BMT[1:0]=00時(shí)，定時(shí)值為64個(gè)系統時(shí)鐘；BMT[1:0]=01時(shí)，定時(shí)值為32 個(gè)系統時(shí)鐘；BMT[1:0]=10時(shí)，定時(shí)值為16個(gè)系統時(shí)鐘；BMT[1:0]=11時(shí)，定時(shí)值為8 個(gè)系統時(shí)鐘。程序員應根據實(shí)際的運行情況進(jìn)行選擇。 其它 其它一些提高可靠性的措施還包括有配置去耦電容；系統時(shí)鐘電路采用獨立電源VDDSYN供電，減少對MCU的干擾，而且MCU 停電時(shí)系統時(shí)鐘仍可維持運行。布線(xiàn)時(shí)，時(shí)鐘電路設置在電路板的中央；Standby RAM采用兩個(gè)電源VDD 和VSTBY供電，正常運行時(shí)VDD 供電，發(fā)生掉電時(shí)，使其自動(dòng)切換到VSTBY 供電。同時(shí)，在軟件中，將堆棧及一些重要數據存放在Standby RAM 有利于重要運行參數的保存。
3結語(yǔ)
該方案采用高性能、集成度高、可靠性強的32 位新型微控制器MC68HC376為核心，同時(shí)在硬件、軟件以及制板布線(xiàn)等方面采用多種提高系統可靠性的設計措施。應用該方案的數字式低頻低壓控制裝置RSA800，已通過(guò)電力工業(yè)部電力設備及儀表質(zhì)量檢驗測試中心的產(chǎn)品型式試驗。
參考文獻
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