80C51的复位技术盘点

 

　　标准80C51片内现有的复位逻辑比较简单，只有通过一条复位引脚RST进行外部扩展。技术手册中给出了上电复位(POR，power on reset)和人工复位(MRST，manual reset)电路的接线方法;借助于一只专用外围芯片，如MAX813L或DS1323等，来扩充欠压复位(LVR，low voltage reset)和看门狗复位(WDR，watch dog timer reset)也有文章介绍。

　　本文将介绍三种非常规扩展复位方式：软件复位(SWR，software reset)、软硬件复位(SHR，software and hardware reset)和非法地址复位(IAR，illegal address reset)。

　　软件陷阱技术及其改良方法

　　软件陷阱(software trap)是一种捕捉程序“跑飞”的编程方法。通常可以在程序中设置软件陷阱，引导程序失控的单片机跳转到一个指定的地址去执行，最终回复到正常轨道上来。软件陷阱可以设置在用户程序的空隙处或者转移指令之后，还可以利用一系列的陷阱指令来填充程序存储器的空白区。实现软件陷阱功能的指令是一个“5字节指令串”，通常包含2条单字节NOP指令和1条3字节跳转指令。

　　NOP ;利用空操作指令

　　NOP ;来增加捕捉有效性

　　LJMP SWRST;无条件跳转到指定地址去

　　其中“SWRST”可以是一段“软件复位程序”的入口地址标号，也可以是复位矢量“0000H”，即主程序入口地址。

　　如果SWRST等于复位矢量0000H，则会把捕捉到的跑飞程序引导到初始化程序入口地址去执行，从而达到回复到正常轨道的目的。这种处理方法只适合中断功能没有被启用的场合。可以设想，假如是在(低级或高级)中断服务程序中跑飞的，这时即使把程序拉回到起点，而中断激活触发器不能够被清除，会影响以后的中断请求无法被 CPU响应。

　　如果SWRST等于“软件复位程序”的入口地址，则会引发一次“软件复位”。关于软件复位程序的设计方法，随后介绍。

　　总之，这种方法的指导思想是指，把未使用的ROM空间用跳转引导指令填满，作为软件“陷阱”，以捕获“飞掉”的程序，并强行将捕获到的跑飞程序引向一个特定的地址，在那里由一段专门处理错误的程序进行处理，以恢复系统的正常运行。为提高跑飞程序的捕获率，通常还要在引导指令之前放置上几条空操作指令 NOP。理由是，8051的指令编码采用的是不等长方式，长度分别为1～3字节，而程序跑飞又是通过非法随机改变PC值形成的。假若跑飞后的PC值落到3 字节指令LJMP的中间，就会把操作数当作操作码来执行，将会产生不可预知的结果。为了提高捕捉的有效性，就在LJMP指令之前至少填充2条单字节的 NOP指令。

　　如果把“5字节指令串”改换成如下作者新设计的“4字节指令串”，陷阱指令将会更加有效。理由是，该指令对应的目标码为“00 20 00 20H”，这段码无论重复多少次都是等同的。另外，应该在程序存储器0020H开始的3字节中再放置一条跳转到“软件复位程序”真正入口的中转指令 LJMP SWRST。经过核查，0020H～0022H字节恰好位于定时器T1中断矢量区尾部和串口中断矢量之前。

　　SWRST0 EQU 0020H;定义“软件复位程序”的间接入口地址为“0020H”

　　NOP ;填充一条单字节的空操作指令，机器码是“00H”

　　LJMP SWRST0 ;无条件跳转到指定地址去。对应的机器码是“20 00 20H”

　　软件复位技术

　　软件复位是一种新技术，目前有越来越多的新型单片机配备了该功能。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，内部都设计了专门用于实现软件复位的控制寄存器或者控制位。

　　软件复位是在利用软件陷阱技术或软件看门狗技术时，必需配套实施的一项后续处理工作。所谓“软件复位”是一种由用户软件控制的复位活动，就是利用一系列指令来模拟硬件复位所实现的各种操作内容，并且重新从头开始执行用户程序。

　　其中的操作内容应该包含：(1)对于标准80C51的21个特殊功能寄存器SFR的复位操作，利用MOV指令很容易实现。全部复位可能不是必需的，只管那些在用户程序中用到的SFR即可，可以由用户自己定制。

　　2)对于无统一编址的程序计时器PC的复位，利用一条跳转指令即可。(3)中断激活触发器的复位既容易被人们忽略，也不容易实现。理由是它们对于用户程序是不可见的，无法直接读写其内容。有的编程人员采用LJMP 0000H(机器码为20 00 00H)作为软件陷阱，认为直接跳转到复位矢量就完成了软件复位，就是这类失误案例的典型代表。

　　清除中断激活触发器有何必要呢?程序的跑飞是随机发生的，其起飞点完全可能发生在低级或高级中断服务子程序中，这时的中断激活触发器已经被置位。如果在程序回复之后没有及时清除它们，将阻止以后出现的所有的同级或低级中断请求。

　　

 

　　图1 中断激活触发器示意图

　　中断激活触发器包含高权组和低权组两个触发器，电路组成如图1所示，该图是根据作者的理解和经验绘制的。电路中包括1个逻辑或门G1、两个S-R触发器FF1和FF2。当CPU响应低级中断请求之后，FF1被置位，其Q = 0，封锁“低权组”不再受理新的低级中断请求;当CPU响应高级中断请求之后，因为G1的作用而使FF1和FF2同时被置位，FF1的Q = 0封锁“低权组”，FF2的Q = 0封锁“高权组”，不再受理新的高级和低级中断请求。