改造成品單片機系統(tǒng)的方法

通過一個監(jiān)控系統(tǒng)的研制，闡述了對一個不熟悉的微機系統(tǒng)進行改造時應遵循的原則及基本方法，介紹了雙端口存貯器IDT7132和看門狗WDT的用法。
    關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)，單片機，雙端口存貯器，WDT
　　　
　　制作微機監(jiān)控系統(tǒng)時，若受監(jiān)控對象本身也是一個微機系統(tǒng)，且又沒有電路圖、程序等資料時，如何采集對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)（如CPU狀態(tài)等），如何修改對象的程序方不至令原系統(tǒng)運行不穩(wěn)定和崩潰，如何充分利用監(jiān)控對象的資源，是一個帶有普遍性的問題。
　　筆者研制的“數(shù)字實驗監(jiān)控系統(tǒng)”，其主要功能是采集30臺學生實驗機狀態(tài)和過程信息，送往中心主機顯示。監(jiān)控對象是一臺型號為DLES的數(shù)字電路實驗機，這是某公司的產(chǎn)品，除簡單的用法說明書外別無其它資料。該機的核心是單片機8031，帶6位鍵盤和數(shù)碼管顯示、并行口8155等，可選擇CPU工作方式產(chǎn)生各種實驗信號。

1用雙端口RAM采集數(shù)據(jù)
　　監(jiān)控系統(tǒng)的首要任務是獲取受控對象的各種狀態(tài)信息。用IO線取得的只是其外部信息，且當高頻時容易遺漏。要取得重要的內(nèi)部信息，必須設法使監(jiān)控對象的CPU自動送出信息，即采用雙CPU通訊。無論用并行通訊還是串行通訊，都要大幅修改原機程序，且要占用原機CPU很多等待、檢測通訊口的時間，很容易破壞原機的固有時序。較好的方法是采用共享存貯器方式，只要在原機程序的適當位置插入一段程序，令其定時將自身的重要信息（例如片內(nèi)RAM的256字節(jié)內(nèi)容）送到共享存貯器就可以了。
    本系統(tǒng)采用雙端口存貯器IDT7132來實現(xiàn)兩CPU的通訊。雙口存貯器有2套獨立的IO電路，可供2個CPU在不同時刻讀寫各個存貯單元。但同時訪問同一存貯單元會產(chǎn)生沖突。IDT7132有一套沖突仲裁電路，使先到一方獲得優(yōu)先權(quán)實現(xiàn)讀寫操作，而向另一方發(fā)出一個沖突信號BUSY。
　　沖突發(fā)生時，訪問存貯器失敗的一方要將剛失敗的一句指令再執(zhí)行一次，本系統(tǒng)是將BUSY線接到單片機的中斷線INT0，電路見圖1。但單片機的程序指針PC不能直接被讀寫，而中斷的發(fā)生又是隨機的，無法掌握其出現(xiàn)的時刻，要重復執(zhí)行中斷前的一句指令殊不容易。為實現(xiàn)這功能，用了一點技巧：因為，中斷服務程序執(zhí)行前，PC值必自動壓入堆棧，可在中斷服務程序中將該PC值出棧，作減3處理后再入棧，則中斷結(jié)束出棧的PC值已退回指向到中斷前的一句指令了。

　　原實驗機已經(jīng)使用了5條高位地址線,若要增加2KB容量的IDT7132,將超過8031單片機最大64K存貯空間的限制。為此,利用單片機一條懸空的中斷口引腳INT1充當IDT7132的片選控制線,CPU要訪問IDT7132就不能僅用常規(guī)的MOVX指令，而必須在讀寫存貯器的前后各增加一條使INT1變低電平然后變高電平的指令，該指令如下：
    CLRINT1MOVXA，＠DPTR　　SETBINT1
2原系統(tǒng)已用資源的查找
　　要改造別人的系統(tǒng)，難點之一是要了解原系統(tǒng)對各種資源的使用情況。單片機的內(nèi)部讀寫存貯器RAM只有128字節(jié)，而要增改原機程序必須使用這些片內(nèi)RAM，從而可能造成資源沖突。為了解原系統(tǒng)對片內(nèi)RAM的使用情況，借用了文字編輯軟件的搜索功能。因為單片機對片內(nèi)RAM的尋址方式只有2種：（1）直接尋址，此時，可將RAM的直接地址作為搜索關(guān)鍵字，調(diào)用編輯軟件的搜索功能，在原實驗機程序中逐個顯示該地址出現(xiàn)的地方；（2）以R0和R1為指針的間接尋址，這時，可分別以＠R0和＠R1為關(guān)鍵字搜索原程序，在出現(xiàn)的地方分析R0和R1的變化情況及范圍。
　　若以上兩方法勻未找到所關(guān)注的RAM單元，則可以肯定原系統(tǒng)未使用該資源。若該單元同時又是可位尋址的，而位地址只有直接尋址一種方式，故必須采用上述的第（1）種方式搜索一次，結(jié)論也是非常明確的。
3修改和插入程序的方法
　　如果監(jiān)控對象的信號是軟件方式產(chǎn)生的（本實驗機就是這樣），修改、增加程序時在時間開銷上要非常小心，否則會導致原機時序出錯。以下是兩種常用的可行方法：
　 （1）在原程序的延時過程中，刪除其延時指令，插入執(zhí)行時間大致同其原延時時間相當?shù)男鲁绦颉＠?，原實驗機為數(shù)碼管顯示而設的延時子程序就被用于將適當個字節(jié)的信息傳遞到雙端口存貯器。
 ?。?）在原程序中等待某些事件發(fā)生的過程中，插入新程序。例如等待鍵盤按鍵時，可以控制程序跳往新的功能模塊，執(zhí)行適當時間后再返回。
4監(jiān)視定時器WDT的處理
　　在大部分微機控制系統(tǒng)中，WDT（看門狗，在6800系列中是COP）都是首選的抗干擾措施之一，其作用是以軟件和硬件方式設置一個定時器，定時強制系統(tǒng)復位，以防止程序失控“跑飛”。
　　修改舊程序時必須留意查看原系統(tǒng)有無WDT，否則可能導致系統(tǒng)崩潰。若有，則首先要找到WDT的定時時間。硬件WDT的時間值一般是固定的，可查資料得到。例如8096系列是64K個狀態(tài)周
期。軟件WDT要先找到所用的定時器，可循2個途徑：（1）芯片自身的定時器。這可以在定時器中斷服務程序中查找，例如8051系列的二個定時器的中斷服務程序入口地址分別是000BH和0001BH，查看這2段程序可知哪一個是用于WDT的，然后進一步在主程序的初始化設置中查看對該定時器的設置，便可找到定時時間；（2）外圍芯片（例如8155）的定時器，要將之用于WDT必須將定時器溢出線接到單片機的某外部中斷線上，查看這些外部中斷服務程序就可以找到相應的定時器，再查看主程序中對該定時器的設置，也能找到定時值。
　　知道了WDT的溢出時間后，就可以在修改或增加的程序中，每隔規(guī)定的時間插入一段指令清除定時器以使WDT不對系統(tǒng)復位。例如對8096系統(tǒng)，若不使用乘除指令，可以每執(zhí)行約4K條指令插入以下2條指令：
    MOV0AH，＃1EH
　　MOV0AH，＃E1H
5借用監(jiān)控對象的資源
　　充分利用監(jiān)控對象的資源，可以降低成本，最主要是可以使學生不必耗費時間多學習一臺儀器的使用方法。本監(jiān)控系統(tǒng)借用了原實驗機上的鍵盤和數(shù)碼管顯示器。
　　原實驗機以掃描IO口方式擴展6位鍵盤，每個鍵盤都賦予了固定的鍵值和鍵功能，以及固定的鍵處理程序段。為了利用原實驗機的鍵盤使其執(zhí)行新的鍵功能，又不破壞原來的功能，采用了這樣的方法：改寫原機的鍵盤掃描程序段，定義當某2個鍵（是在原機中沒有用到的）同時按下時，就跳出原程序轉(zhuǎn)往一個新編寫的程序模塊。在該新模塊中，所有鍵功能都可以被任意重新定義，當處理完新按鍵后再轉(zhuǎn)回原機程序中執(zhí)行。
　　要利用原機的數(shù)碼管顯示器，可以有兩種方法：
   （1）編寫新的顯示程序；（2）利用原程序的顯示功能，將要顯示的內(nèi)容嵌入原程序中。因后者能很好地兼容原機程序，不易導致系統(tǒng)出錯或崩潰，故選用之。通過研究和測試，知原機的顯示機理是將顯示數(shù)據(jù)送緩沖區(qū)，由專用顯示模塊轉(zhuǎn)為八段數(shù)碼管顯示值。但其轉(zhuǎn)換算法非常復雜繁鎖。為不占用原機CPU太多時間及不易出錯，將所有可能的數(shù)據(jù)逐個送入緩沖區(qū)，測出一張數(shù)據(jù)同顯示式樣的對照表，在增加的新程序中，將顯示數(shù)據(jù)查表轉(zhuǎn)換后送緩沖區(qū)就可以了。