探索80C51的三種非常規(guī)的復位技術（1）

標準80C51片內現(xiàn)有的復位邏輯比較簡單，只有通過一條復位引腳RST進行外部擴展。技術手冊中給出了上電復位（POR，power on reset）和人工復位（MRST，manual reset）電路的接線方法；借助于一只專用外圍芯片，如MAX813L或DS1323等，來擴充欠壓復位（LVR，low voltage reset）和看門狗復位（WDR，watch dog timer reset）也有文章介紹。

本文將介紹三種非常規(guī)擴展復位方式：軟件復位（SWR，software reset）、軟硬件復位（SHR，software and hardware reset）和非法地址復位（IAR，illegal address reset）。

軟件陷阱技術及其改良方法

軟件陷阱（software trap）是一種捕捉程序“跑飛”的編程方法。通常可以在程序中設置軟件陷阱，引導程序失控的單片機跳轉到一個指定的地址去執(zhí)行，最終回復到正常軌道上來。軟件陷阱可以設置在用戶程序的空隙處或者轉移指令之后，還可以利用一系列的陷阱指令來填充程序存儲器的空白區(qū)。實現(xiàn)軟件陷阱功能的指令是一個“5字節(jié)指令串”，通常包含2條單字節(jié)NOP指令和1條3字節(jié)跳轉指令。

NOP ；利用空操作指令

NOP ；來增加捕捉有效性

LJMP SWRST；無條件跳轉到指定地址去

其中“SWRST”可以是一段“軟件復位程序”的入口地址標號，也可以是復位矢量“0000H”，即主程序入口地址。


如果SWRST等于復位矢量0000H，則會把捕捉到的跑飛程序引導到初始化程序入口地址去執(zhí)行，從而達到回復到正常軌道的目的。這種處理方法只適合中斷功能沒有被啟用的場合。可以設想，假如是在（低級或高級）中斷服務程序中跑飛的，這時即使把程序拉回到起點，而中斷激活觸發(fā)器不能夠被清除，會影響以后的中斷請求無法被 CPU響應。 

如果SWRST等于“軟件復位程序”的入口地址，則會引發(fā)一次“軟件復位”。關于軟件復位程序的設計方法，隨后介紹。

總之，這種方法的指導思想是指，把未使用的ROM空間用跳轉引導指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序，并強行將捕獲到的跑飛程序引向一個特定的地址，在那里由一段專門處理錯誤的程序進行處理，以恢復系統(tǒng)的正常運行。為提高跑飛程序的捕獲率，通常還要在引導指令之前放置上幾條空操作指令 NOP。理由是，8051的指令編碼采用的是不等長方式，長度分別為1～3字節(jié)，而程序跑飛又是通過非法隨機改變PC值形成的。假若跑飛后的PC值落到3 字節(jié)指令LJMP的中間，就會把操作數(shù)當作操作碼來執(zhí)行，將會產生不可預知的結果。為了提高捕捉的有效性，就在LJMP指令之前至少填充2條單字節(jié)的 NOP指令。

如果把“5字節(jié)指令串”改換成如下作者新設計的“4字節(jié)指令串”，陷阱指令將會更加有效。理由是，該指令對應的目標碼為“00 20 00 20H”，這段碼無論重復多少次都是等同的。另外，應該在程序存儲器0020H開始的3字節(jié)中再放置一條跳轉到“軟件復位程序”真正入口的中轉指令 LJMP  SWRST。經過核查，0020H～0022H字節(jié)恰好位于定時器T1中斷矢量區(qū)尾部和串口中斷矢量之前。

SWRST0     EQU   0020H；定義“軟件復位程序”的間接入口地址為“0020H”


NOP ；填充一條單字節(jié)的空操作指令，機器碼是“00H”
LJMP   SWRST0 ；無條件跳轉到指定地址去。對應的機器碼是“20 00 20H” 

軟件復位技術

軟件復位是一種新技術，目前有越來越多的新型單片機配備了該功能。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，內部都設計了專門用于實現(xiàn)軟件復位的控制寄存器或者控制位。

軟件復位是在利用軟件陷阱技術或軟件看門狗技術時，必需配套實施的一項后續(xù)處理工作。所謂“軟件復位”是一種由用戶軟件控制的復位活動，就是利用一系列指令來模擬硬件復位所實現(xiàn)的各種操作內容，并且重新從頭開始執(zhí)行用戶程序。

其中的操作內容應該包含：（1）對于標準80C51的21個特殊功能寄存器SFR的復位操作，利用MOV指令很容易實現(xiàn)。全部復位可能不是必需的，只管那些在用戶程序中用到的SFR即可，可以由用戶自己定制。

2）對于無統(tǒng)一編址的程序計時器PC的復位，利用一條跳轉指令即可。（3）中斷激活觸發(fā)器的復位既容易被人們忽略，也不容易實現(xiàn)。理由是它們對于用戶程序是不可見的，無法直接讀寫其內容。有的編程人員采用LJMP 0000H（機器碼為20 00 00H）作為軟件陷阱，認為直接跳轉到復位矢量就完成了軟件復位，就是這類失誤案例的典型代表。

清除中斷激活觸發(fā)器有何必要呢？程序的跑飛是隨機發(fā)生的，其起飛點完全可能發(fā)生在低級或高級中斷服務子程序中，這時的中斷激活觸發(fā)器已經被置位。如果在程序回復之后沒有及時清除它們，將阻止以后出現(xiàn)的所有的同級或低級中斷請求。