淺析智能電表軟硬件的抗干擾設(shè)計

三、軟件抗干擾設(shè)計

在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。因此，除了采取硬件抗干擾方法外，還要采取如下軟件抗干擾措施。

(1)指令冗余技術(shù)

當(dāng)指針受到干擾出現(xiàn)程序跑飛時，可能會出現(xiàn)將操作數(shù)數(shù)值改變及將操作數(shù)誤當(dāng)作操作碼的情況。當(dāng)“跑飛”到某雙字節(jié)或三字節(jié)指令的操作數(shù)上時，會將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e，因此可在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之后插入兩個或三個單字節(jié)NOP指令，這可保證其后的指令不被拆散。對程序流向起決定作用的指令(如浸水使柔軟、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、JC、．INC等)和對系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令(如SETB、EA等)之前插入兩條NOP指令，可保證跑飛程序迅速納入軌道；或者在其后面重復(fù)寫上這些指令，以確保這些指令的正確運行。

(2)軟件陷阱

當(dāng)微處理器受到各種干擾時，若PC指針跳到非程序區(qū)，可能會陷入某種循環(huán)不能跳出。如果循環(huán)中無清WDT指令，在給定看門狗定時器條件下，經(jīng)過一定時間 WDT起作用，將PC指針復(fù)位，工作恢復(fù)正常。如果循環(huán)中包含了清WDT的指令，則產(chǎn)生死機。對于后者可在非程序區(qū)放置軟件陷阱加以解決。

軟件陷阱有三條指令組成：

* NOP

* NOP

* LJMP EER

安排軟件陷阱的位置有：

1. 未使用的中斷區(qū)。如果設(shè)計的智能電表未使用全部的中斷向量區(qū)，則可在剩余的中斷區(qū)安排軟件陷阱，以便能捕捉到錯誤的中斷。

2. 未使用的大片EPROM空間。對于單片機未編程的空間，其初始值為OFFH。OFFH對51指令來說，相當(dāng)于單字節(jié)指令MOV R7，A。當(dāng)程序跑飛入該區(qū)后，不僅無法迅速入軌，而且破壞R7的內(nèi)容。因此在該區(qū)每隔一段地址設(shè)一個陷阱，就一定能捕捉到跑飛的程序。

3. 在表格的最后安排陷阱。注意表格中不應(yīng)被放入。

4. 在程序區(qū)。前面曾指出，跑飛的程序在用戶程序內(nèi)部跳轉(zhuǎn)時可用指令冗余加以解決，也可以設(shè)置一些軟件陷阱，能更有效地抑制程序跑飛。可以將陷阱指令放置在各模塊之間的空余單元里。在正常運行中不執(zhí)行這些陷阱指令，一旦程序跑飛落入這些陷阱區(qū)，馬上將亂飛的程序拉入正確軌道。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不會影響程序的執(zhí)行效率。所以在EPROM容量允許的條件下，這種陷阱多一點為好。

(3)“看門狗”措施

如果跑飛的程序落入一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，冗余指令和軟件陷阱都將無能為力，這時可以采用復(fù)位的方法使系統(tǒng)恢復(fù)正常。“看門狗”電路的功能就是對 CPU進(jìn)行實時檢測，當(dāng)CPU落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。在軟件編程中，設(shè)置約1秒訪問一次看門狗芯片，當(dāng)程序跑飛或大于1．4秒(設(shè)置的超時時間)沒有訪問看門狗芯片，X5045將輸出復(fù)位脈沖，直至程序正常運行。

(4)保證EEPROM數(shù)據(jù)寫入的可靠性措施

需要注意的是，看門狗如果起作用說明程序計數(shù)器內(nèi)容被破壞，因此其它寄存器或片內(nèi)公羊的內(nèi)容也有被破壞的可能，會導(dǎo)致把錯誤的數(shù)據(jù)寫入EEPROM。在電表工作中，每產(chǎn)電量改變0．1度寫入一次EEPROM，如果出現(xiàn)將錯誤的數(shù)據(jù)寫入EEPROM,這是不允許的。采取以下措施可很好的解決此問題：

1. 正常寫入EEPROM之前，要進(jìn)行一系列操作，可將其分成幾部分。每一部分設(shè)置一寫入口令。只有程序正常一步一步運行，口令才會逐一被賦予正確的值，到最后寫入時再判斷所有的口令是否正確。若正確，寫入，否則退出。寫入完成，口令清除。

2. 數(shù)據(jù)雙備份。當(dāng)由于干擾使微處理器中的寄存器數(shù)據(jù)改變時，鑒于三組數(shù)據(jù)在同一值出錯的概率較小，故在寫入之前，將三組數(shù)據(jù)比較，若相等則寫入，若不相等則將相等的兩組數(shù)據(jù)寫入。

3. 寫入之前對數(shù)據(jù)的合法性進(jìn)行判別，即對電量或參數(shù)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行判別。有了這樣的限制，可進(jìn)一步提高可靠性。

4. 定時設(shè)置I／0口狀態(tài)；微處理器受到干擾，I／0口狀態(tài)可能改變，比如電脈沖輸入口若改變?yōu)檩敵鰬B(tài)，會造成用戶用了電但微處理器卻檢測不到的可能。所以周期性地重復(fù)定義I／0口的輸入／輸出狀態(tài)對于干擾環(huán)境下運行的電表是有好處的。

(5)串行通信數(shù)據(jù)的冗余校驗

在抄表通信過程中，由于信道上各種因素的影響，所傳輸?shù)男盘柺芤欢ǔ潭鹊母蓴_，PC機、集中器、電表間的性能參數(shù)不完全一致，在串行通信中僅靠奇偶校驗是不夠的。而采用國際上較為流行的傳輸碼校驗方法——循環(huán)冗余碼校驗(CRC)，可收到了很好的效果。CRC是一種多用于同步通訊方式中的差錯檢出方式，在該方式中，將所傳數(shù)據(jù)系列看成高次多項式G(x)，將此多項式用預(yù)先規(guī)定的生成多項式P(x)去除，再將其余數(shù)碼BCC附加在所傳數(shù)據(jù)的尾部一并傳送：在接收方，用同樣的生成多項式去除，若除得結(jié)果為零，則可判斷所接收到的數(shù)據(jù)是正確的。在發(fā)送端的一方，即電表先將發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，連同原數(shù)據(jù)一同發(fā)給集中器，集中器不做校驗，直接發(fā)給PC機，在接收端，PC機用高級語言實行CRC算法解碼；以確定數(shù)據(jù)的真?zhèn)巍＝?jīng)實驗證明，冗余校驗使誤碼率大為降低，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?p>另外在軟件的編制過程中應(yīng)注意在執(zhí)行各功能子模塊之前，可先進(jìn)行功能標(biāo)志冗余判斷，以增強其程序運行可靠性。

四、結(jié)束語

在電表設(shè)計中，為了少走彎路和節(jié)省時間，應(yīng)充分考慮抗干擾性能的要求，避免在設(shè)計完成后再去進(jìn)行抗干擾的補救措施。因此電表設(shè)計開發(fā)者應(yīng)從抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能等方面采取各種措施來提高系統(tǒng)性能。在抗干擾設(shè)計中，軟件抗干擾是被動措施，而硬件抗干擾是主動措施，只要認(rèn)真分析系統(tǒng)所處環(huán)境的干擾來源以及傳播途徑，采用兩者相結(jié)合的方法，就能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行。