微控制器系統可靠性設計
微控制器是典型的嵌入式微控制器，由運算器，控制器，儲存器，輸入輸出裝置等構成，相當於一個微型的計算機。下面是小編為你帶來的微控制器系統可靠性設計 ，歡迎閱讀。
[摘 要]在微控制器系統的設計中，為了提升系透過執行的安全性與可靠性，需要針對其硬體系統和軟體系統實施可靠性設計，這樣才能滿足使用需求。本文將針對微控制器系統，分別從軟體和硬體兩個方面來闡述可靠性設計，具有一定的借鑑意義。
[關鍵詞]微控制器系統 可靠性 設計
隨著科學技術的不斷進步，人們對於微控制器系統的設計也更加關注，不斷研究出新的技術，來提升微控制器系統執行的可靠性。但是其可靠性與使用者需求依然存在著一定的差距，亟需對其進行完善，提升可靠性。
一、軟體方面可靠性設計措施
（一）正確設計軟體
1.認真設計
對於微控制器系統每部分的硬體地址，要清楚明確，對於組合語言指令以及機器狀態影響要了解和掌握，對於CPU內部的RAM功能要劃分正確，仔細認真編寫微控制器系統軟體。同時，在編寫中，應用軟體工程做法，保證程式的透明易懂，提升可維護性和可讀性。
2.合理安排中斷
按照系統的具體特點，對於工段優先順序和中斷功能進行合理的安排，保護和恢復中斷現場，防止發生中斷衝突。
3.模組化結構
按照系統功能，可以將軟體劃分為多個模組，保證變成具有清楚的思路，便於除錯和閱讀，不易出錯。
（二）提升可靠性具體措施
1.設計合理的軟體陷阱
在執行軟體的過程中，有可能會出現失控的情況，例如，受到干擾，或者程式飛逸到非程式區。所以，在重要程式段、程式斷裂點、非程式區以及向量區，可以埋設陷阱，從而及時捕捉飛逸程式。
2.指令冗餘技術的應用
在不對實時性造成影響的情況下，反覆執行同一指令，應用三選二方式實施判定，可以消除一些偶然的干擾，從而提升可靠性。
3.NOP指令的應用
在進行微控制器的地面測井儀的研製時，在對編好程式進行模擬執行時能夠透過，但是寫入指令時卻無法執行，這是就可以將發生問題的位元組用NOP代替，從而正常執行。
4.軟體消抖方式
在按鍵操作中經常會發生意外的抖動，為了有效消抖，在處理程式內，可以透過延時再判，保證人機對話執行的可靠性。
5.直接地址的應用
固定暫存器內的Ri暫存器，可以應用直接地址來提升可靠性，所以在設計軟體時，應用直接地址，防止出現誤傳遞。
6.數字濾波技術
在測量引數的時候，可以透過數字濾波技術來消除隨機干擾。例如，針對核測井訊號，透過加權平滑，可以消除高斯噪聲。針對井溫訊號，可以採用程式判斷濾波或者中值濾波，提高可信度。
二、硬體方面可靠性設計措施
（一）系統合理設計
各種器件應該保證速度匹配，不能混用高、低速器件。匹配電平，CMOS和TTL介面電平應該匹配。匹配溫度效能，不能混用高、低溫器件。匹配可靠性等級，不能混用可靠性不同的器件。對於系統時鐘要合理的選擇。在保證實時性的情況下，系統時鐘較低，能夠降低速度要求，可以提高可靠性。對於連線件的佈局和選型、器件安裝結構等要合理設計。單機片系統的鍵盤板、介面板和主機板需要應用匯流排板插槽進行相互連線，插槽的工藝會影響系統執行的可靠性。因此，可以減少中間環節，用插座和插頭來代替插槽。
（二）保證元器件的可靠
儘量保證元器件的可靠性等級高。篩選元器件，對於元器件要進行分級分類的使用。
（三）人-環境特性的可靠性策略
第一，按照硬體的功能，採用模組化佈局，主要包括兩個層次，分別是板級，以及印製板內部的單元電路。例如，將不同引數的測量電路進行劃分，形成不同介面板，然後在板內將數位電路和類比電路進行集中佈局。第二，保證元器件的.引線走向和佈局滿足訊號傳輸特性要求。第三，在印製板的電源入口部分，增加電容，從而濾除電源干擾。第四，對於同一印製板內部的同一組電源，防止翻面走線，避免不同電源互相干擾。
第五，在繼承晶片的供電引腳處安裝去耦電容，提升整合晶片執行可靠性。第六，將調零電路安裝到模擬輸出通道，抑制輸出零漂。第七，抗振設計。單機片系統中存在著較多的插拔器件，不僅要選擇較好效能的插座，還應該將插座和器件固定在一起，例如塗敷高溫矽膠和應用金屬卡等。還可以應用晶振，提高可靠性。第八，設計低功耗系統。透過低功耗設計和加裝保溫瓶，可以適應高溫環境。將單機片系統應用於下井儀中，因為惡劣的散熱條件和有限的安裝空間，可以簡化設計，運用高整合低功耗的元器件。CPU和其他期間應該保證是軍品級別，保證正常工作。
第九，當輻射對微電子器件產生影響後，會造成漏電流和表面翻轉，為了改善這種情況，可以應用在通訊和航天領域應用比較廣泛的GaAs的單片微波積體電路。現階段，在石油測井行業，還沒有出現輻射影響微控制器系統執行可靠性的情況，但是也需要重視這方面的因素，從而提升可靠性。
結語：
綜上所述，針對於微控制器系統，為了保證其執行的安全性和可靠性，需要從軟體和硬體兩個方面入手，進行合理的設計，提升其執行的可靠性。在軟體系統中，需要認真的設計軟體，透過一些高新技術的應用，提升軟體設計質量，進而提高可靠性。對於硬體，應該選擇一些效能優良的硬體裝置，降低各種因素的影響，從而提升執行安全性。結合軟體和硬體兩個方面，綜合設計單機片系統，全面提高其執行的可靠性。
參考文獻
[1] 孟相武，程勁，羅克露，韓淙.基於Linux的高可用集群系統的設計及實現[J].電子科技大學學報，2005（04）.
[2] 龔徵華，施丹，沈國海，王志南.基於嵌入式微控制器的角度自動控制系統的可靠性設計[J].船舶，2007（05）.
[3] 唐緯，吳耀庭，葛善鋒，宋明，彭樂龍，徐殿平，張聖，劉洋.終端產品常用通訊介面的可靠性設計（續）[J].質量與可靠性，2006（06）.
[4] 潘永雄.用LPC900/LPC76X系列晶片作8XC5X CPU硬體監視器[J].廣東工業大學學報，2005（02）.
[5] 單金玲，張伯珩，邊川平，李文剛.相機系統中微控制器電路的可靠性設計[J].科學技術與工程，2007（01）.
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