80C51的復(fù)位技術(shù)盤點

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　　標(biāo)準(zhǔn)80C51片內(nèi)現(xiàn)有的復(fù)位邏輯比較簡單，只有通過一條復(fù)位引腳RST進行外部擴展。技術(shù)手冊中給出了上電復(fù)位(POR，power on reset)和人工復(fù)位(MRST，manual reset)電路的接線方法;借助于一只專用外圍芯片，如MAX813L或DS1323等，來擴充欠壓復(fù)位(LVR，low voltage reset)和看門狗復(fù)位(WDR，watch dog timer reset)也有文章介紹。

　　本文將介紹三種非常規(guī)擴展復(fù)位方式：軟件復(fù)位(SWR，software reset)、軟硬件復(fù)位(SHR，software and hardware reset)和非法地址復(fù)位(IAR，illegal address reset)。

　　軟件陷阱技術(shù)及其改良方法

　　軟件陷阱(software trap)是一種捕捉程序“跑飛”的編程方法。通常可以在程序中設(shè)置軟件陷阱，引導(dǎo)程序失控的單片機跳轉(zhuǎn)到一個指定的地址去執(zhí)行，最終回復(fù)到正常軌道上來。軟件陷阱可以設(shè)置在用戶程序的空隙處或者轉(zhuǎn)移指令之后，還可以利用一系列的陷阱指令來填充程序存儲器的空白區(qū)。實現(xiàn)軟件陷阱功能的指令是一個“5字節(jié)指令串”，通常包含2條單字節(jié)NOP指令和1條3字節(jié)跳轉(zhuǎn)指令。

　　NOP ;利用空操作指令

　　NOP ;來增加捕捉有效性

　　LJMP SWRST;無條件跳轉(zhuǎn)到指定地址去

　　其中“SWRST”可以是一段“軟件復(fù)位程序”的入口地址標(biāo)號，也可以是復(fù)位矢量“0000H”，即主程序入口地址。

　　如果SWRST等于復(fù)位矢量0000H，則會把捕捉到的跑飛程序引導(dǎo)到初始化程序入口地址去執(zhí)行，從而達到回復(fù)到正常軌道的目的。這種處理方法只適合中斷功能沒有被啟用的場合。可以設(shè)想，假如是在(低級或高級)中斷服務(wù)程序中跑飛的，這時即使把程序拉回到起點，而中斷激活觸發(fā)器不能夠被清除，會影響以后的中斷請求無法被 CPU響應(yīng)。

　　如果SWRST等于“軟件復(fù)位程序”的入口地址，則會引發(fā)一次“軟件復(fù)位”。關(guān)于軟件復(fù)位程序的設(shè)計方法，隨后介紹。

　　總之，這種方法的指導(dǎo)思想是指，把未使用的ROM空間用跳轉(zhuǎn)引導(dǎo)指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序，并強行將捕獲到的跑飛程序引向一個特定的地址，在那里由一段專門處理錯誤的程序進行處理，以恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。為提高跑飛程序的捕獲率，通常還要在引導(dǎo)指令之前放置上幾條空操作指令 NOP。理由是，8051的指令編碼采用的是不等長方式，長度分別為1～3字節(jié)，而程序跑飛又是通過非法隨機改變PC值形成的。假若跑飛后的PC值落到3 字節(jié)指令LJMP的中間，就會把操作數(shù)當(dāng)作操作碼來執(zhí)行，將會產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。為了提高捕捉的有效性，就在LJMP指令之前至少填充2條單字節(jié)的 NOP指令。

　　如果把“5字節(jié)指令串”改換成如下作者新設(shè)計的“4字節(jié)指令串”，陷阱指令將會更加有效。理由是，該指令對應(yīng)的目標(biāo)碼為“00 20 00 20H”，這段碼無論重復(fù)多少次都是等同的。另外，應(yīng)該在程序存儲器0020H開始的3字節(jié)中再放置一條跳轉(zhuǎn)到“軟件復(fù)位程序”真正入口的中轉(zhuǎn)指令 LJMP SWRST。經(jīng)過核查，0020H～0022H字節(jié)恰好位于定時器T1中斷矢量區(qū)尾部和串口中斷矢量之前。

　　SWRST0 EQU 0020H;定義“軟件復(fù)位程序”的間接入口地址為“0020H”

　　NOP ;填充一條單字節(jié)的空操作指令，機器碼是“00H”

　　LJMP SWRST0 ;無條件跳轉(zhuǎn)到指定地址去。對應(yīng)的機器碼是“20 00 20H”

　　軟件復(fù)位技術(shù)

　　軟件復(fù)位是一種新技術(shù)，目前有越來越多的新型單片機配備了該功能。例如Philips公司的P87LPC700和P89LPC900系列、TI- BB公司的MSC1200系列和SunPlus公司的SPMC65系列等，內(nèi)部都設(shè)計了專門用于實現(xiàn)軟件復(fù)位的控制寄存器或者控制位。

　　軟件復(fù)位是在利用軟件陷阱技術(shù)或軟件看門狗技術(shù)時，必需配套實施的一項后續(xù)處理工作。所謂“軟件復(fù)位”是一種由用戶軟件控制的復(fù)位活動，就是利用一系列指令來模擬硬件復(fù)位所實現(xiàn)的各種操作內(nèi)容，并且重新從頭開始執(zhí)行用戶程序。

　　其中的操作內(nèi)容應(yīng)該包含：(1)對于標(biāo)準(zhǔn)80C51的21個特殊功能寄存器SFR的復(fù)位操作，利用MOV指令很容易實現(xiàn)。全部復(fù)位可能不是必需的，只管那些在用戶程序中用到的SFR即可，可以由用戶自己定制。

　　2)對于無統(tǒng)一編址的程序計時器PC的復(fù)位，利用一條跳轉(zhuǎn)指令即可。(3)中斷激活觸發(fā)器的復(fù)位既容易被人們忽略，也不容易實現(xiàn)。理由是它們對于用戶程序是不可見的，無法直接讀寫其內(nèi)容。有的編程人員采用LJMP 0000H(機器碼為20 00 00H)作為軟件陷阱，認(rèn)為直接跳轉(zhuǎn)到復(fù)位矢量就完成了軟件復(fù)位，就是這類失誤案例的典型代表。

　　清除中斷激活觸發(fā)器有何必要呢?程序的跑飛是隨機發(fā)生的，其起飛點完全可能發(fā)生在低級或高級中斷服務(wù)子程序中，這時的中斷激活觸發(fā)器已經(jīng)被置位。如果在程序回復(fù)之后沒有及時清除它們，將阻止以后出現(xiàn)的所有的同級或低級中斷請求。

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　　圖1 中斷激活觸發(fā)器示意圖

　　中斷激活觸發(fā)器包含高權(quán)組和低權(quán)組兩個觸發(fā)器，電路組成如圖1所示，該圖是根據(jù)作者的理解和經(jīng)驗繪制的。電路中包括1個邏輯或門G1、兩個S-R觸發(fā)器FF1和FF2。當(dāng)CPU響應(yīng)低級中斷請求之后，F(xiàn)F1被置位，其Q = 0，封鎖“低權(quán)組”不再受理新的低級中斷請求;當(dāng)CPU響應(yīng)高級中斷請求之后，因為G1的作用而使FF1和FF2同時被置位，F(xiàn)F1的Q = 0封鎖“低權(quán)組”，F(xiàn)F2的Q = 0封鎖“高權(quán)組”，不再受理新的高級和低級中斷請求。