相机系统中单片机电路的可靠性设计

    在设计和开发单片机系统时,一般难以周全地预计单片机系统在实际中可能遇到的各种干扰和自身的随机性故障。除了采取各种防止和抑制干扰的措施外,还应该借助于软件和硬件措施,使系统具备迅速自行恢复的能力[1]。

    相机单片机系统是实现通讯、数据管理和调整相机参数等的重要关键部件。相机单片机系统的可靠性是整个相机系统安全可靠运行的基础,一旦发生故障,将影响相机整个功能的完成。因此,如何提高相机单片机系统的可靠性,是相机系统研究中必须重点关注的问题。

    1 冗余备份

    1. 1 硬件冗余

    冗余备份技术是一种靠追加外部资源以提高系统工作可靠性最常用的一种方法。相机控制系统的双机备份功能图如图1所示。

    整个系统由两个完全相同的单片机小系统组成,其中一个为主机系统,另一个为备机系统。正常情况下,只有主机系统工作,备机系统不通电、不工作,这种冷备份工作方式可以避免两个系统同时受到辐射损坏的影响;一旦主机系统出现故障,无法工作时,通过直接指令将切换到备机工作。

    1. 2 软件冗余

    软件冗余包括指令冗余、数据冗余、程序冗余等。

    1. 2. 1 指令冗余

    单片机最易受干扰的是内部程序计数器PC的值。受到强干扰时PC的值被改变,改变后的值是随机的不确定值。这可使CPU将程序从正确的位置跑飞到ROM中的任何一个地址。具体方法是:令(RET、RETI、LJMP、LCALL、CALL、JZ、JNZ、DJNZ、JBC等)之前或中断返回、堆栈操作之前插入两个NOP指令,可以保证其后的指令不会被拆散。当PC值跑飞到操作数上时,由于NOP指令的存在,不会将其后的指令当成操作数执行,使程序纳入正轨。

    对于重要的指令,对程序流向起决定性作用的指令可以重复写一遍同样的指令。对于单片机内部为用完的程序存储器空间,可以用单片机的长跳转指令LJMP 0000H反复装填。如果PC乱飞到这些区域,便迅速返回复位的起始地址。

    1. 2. 2 数据冗余

    为了保证系统实现无影响重入正常运行状态,必须保证重要数据的正确性。因为这些数据可能是状态标志、原始参考标准、工作变量,它们被破坏    将造成系统很难正常恢复。数据冗余设计的一般原则是:在RAM区中相隔尽可能远且远离堆栈区的不同区域将数据备份3份。当读取数据时,把3份数据相比较,采用3取2的表决原则,确保数据的正确性。

    2 软件陷阱

    在软件设计的过程中,可以设置一些软件陷阱更有效地抑制PC/乱飞0,使程序运行更加可靠。程序设计采用模块化设计,按照程序的要求一个模块、一个模块地执行。