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[導讀]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

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。
 

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