一種高可靠MCU系統(tǒng)監(jiān)控方案

對于單片機(jī)系統(tǒng)，一般都需要監(jiān)控電路來提高系統(tǒng)的可靠性。包括用電壓比較器對電源的監(jiān)控和看門狗對程序的監(jiān)控。為防止系統(tǒng)程序受干擾“飛掉”，常用看門狗定時器，這種方式對于系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)時很有效，而程序“飛掉”時極有可能跳過一段程序，正好進(jìn)入另一條指令的開頭。尤其在risc系統(tǒng)中，絕大部分是單周期指令，容易遇到這種情況，此時程序會繼續(xù)運(yùn)行下去，使看門狗失效。跳過的這段程序，可能包括一些接口控制執(zhí)行指令，或某些數(shù)據(jù)的輸入輸出，或條件判斷，整個系統(tǒng)會因此而運(yùn)行紊亂，或直接產(chǎn)生故障。系統(tǒng)出現(xiàn)這類故障時很難立即察覺。 1. 在運(yùn)用極其廣泛的一類mcu系統(tǒng)，如分段定時控制系統(tǒng)中，象家用電器的電腦控制微波爐、洗衣機(jī)、電飯煲；電力行業(yè)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制；冶金行業(yè)的連鑄、焊管及流水線系統(tǒng)等，都可能會在系統(tǒng)運(yùn)行中遇到分段定時控制或某一區(qū)域內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)與前段運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)的情況。此時簡單地用看門狗電路作系統(tǒng)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)死鎖而復(fù)位，將會使啟動以后的整個運(yùn)行過程失效，這種方法顯然是行不通的。

2. 對于分時多任務(wù)系統(tǒng)，其中的某個或幾個任務(wù)出現(xiàn)死鎖，而又有一個或多個任務(wù)仍正常運(yùn)行的情況下，看門狗定時器可能會被“蒙蔽”而失去監(jiān)控作用。

3. 在一個程序運(yùn)行周期很短，或系統(tǒng)根據(jù)不同運(yùn)行狀況的程序處理時間相差很大的情況下，看門狗定時周期難以定得合適，此時若出現(xiàn)干擾死機(jī)可能因難于及時發(fā)現(xiàn)并解決而造成故障。

如果有一種方法，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠自行感知程序運(yùn)行狀況，出現(xiàn)問題能夠隨時察覺；發(fā)現(xiàn)故障立即報警、停止運(yùn)行或復(fù)位，甚至可以自動糾錯，使程序恢復(fù)正確的運(yùn)行，以實現(xiàn)對程序的最佳監(jiān)控，那將是比較理想的。

2 系統(tǒng)在線自行跟蹤基本方法

系統(tǒng)在線運(yùn)行過程中，如果能夠隨時將系統(tǒng)運(yùn)行的過程即系統(tǒng)當(dāng)前程序的實際流程路線自動記錄下來，就有辦法將預(yù)期的運(yùn)行路線與之比較，從而避免程序出現(xiàn)不可預(yù)測的死鎖。打個比方，設(shè)想有一輛在公路上行駛的汽車，只要知道該汽車在各個岔路口的走向，就可以描繪出這輛汽車整個的行駛路線，但是難以保證汽車可能會在一條單一路線上行駛時拋錨。如果每隔一定距離以及重要路段設(shè)上“哨卡”，就能更加細(xì)致地了解到汽車的行駛情況，一旦出現(xiàn)問題就能立即知道事故出現(xiàn)的具體路段。同理，在程序運(yùn)行過程中也可以通過人為設(shè)置的“哨卡”來記錄程序當(dāng)前的運(yùn)行路線。在多數(shù)情況下，這些“哨卡”對系統(tǒng)運(yùn)行并沒有太大的影響。 實際上，這些“哨卡”就是可以任意插入流程中的簡短程序段，每一個“哨卡”有一個特定的“標(biāo)志碼”以使我們能夠知道程序到底運(yùn)行到何處。將這些標(biāo)記按出現(xiàn)的順序記錄在存儲器中，就能依此知道cpu“行駛”的具體路線。當(dāng)然，對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)了解得越細(xì)致，程序的運(yùn)行時間會越長。應(yīng)將它們設(shè)置在重要的數(shù)據(jù)讀寫或接口操作處，各分支路口和相對獨立的程序塊入口處，盡量減小對系統(tǒng)的影響。

下面以gms97c51單片機(jī)構(gòu)成的mcu系統(tǒng)為例說明系統(tǒng)對自身運(yùn)行路線的跟蹤記錄方法。

如圖1所示，設(shè)系統(tǒng)cpu為97c51，外接一片sram 6116來作運(yùn)行記錄，為防止掉電和死機(jī)的影響，將ram用后備電池保護(hù)起來（系統(tǒng)上電初始化程序應(yīng)包括將6116清零，清零程序在此略去）。

在系統(tǒng)原來程序段中需要設(shè)“哨卡”的地方插入語句：

mov
sign, #mark
；#mark為標(biāo)志號,sign定義

lcall
guide
；為存放標(biāo)志號的寄存器地址

這樣,僅插入6個字節(jié)對原來程序的存儲空間并無多大影響,所有的“哨卡”共用一個子程序。

guide:
push psw
； 保護(hù)原來程序可能用到的寄存器,如有必要也可

push acc
；將dptr壓棧保護(hù)

inc addr
；addr為標(biāo)志號存放單元, 上電后需清零

mov a,addr
；假設(shè)只用ram中的256個單元來做記錄

jz out
；若存儲空間用完則停止存儲記錄

mov dpl,addr
；設(shè)6116存儲地址為7f