单片机/ARM死机或跑飞的诊断疗法

发布时间:2022-12-07  

有时,在写ARM时会遇到经常死机的情况,莫名其妙,在这里我总结了一些单片机/ARM死机或者跑飞的一些常见的查找方法和我对此的一些拙见希望对大家有帮助。


“死机”和“跑飞”

随着单片机在能源领域中的广泛应用,单片机的抗干扰问题越来越突出,煤矿井下环境一般比较恶劣,这便会为单片机控制系统带来各种干扰,以致系统不能正常工作。单片机应用系统的抗干扰性能主要取决于硬件的抗干扰设计,但软件抗干扰设计作为硬件抗干扰的完善和补充,作用也非常重要,因为大量的干扰通常并不能影响系统内硬件的运作,却常会使系统的软件无法正常运行,单片机应用的一个突出问题,便是单片机运行过程中经常出现的程序跑飞现象。


在单片机系统中,因为干扰的原因,在非预期的情况下,使得程序计数器PC 的值发生随机的变化,从而使得程序的流向指向不确定区域,这便是程序的跑飞。程序跑飞后或者会使指令的地址码和操作码发生改变,PC 把操作数当作指令来执行;或者PC值指向一条不合逻辑关系的指令甚或是非程序区,运行结果常常会使单片机进入死循环———便是大家常说的“死机”。为确保在无人当值的情况下,单片机“死机”后能自动恢复过来,通常采用软件陷阱,外部WDT 电路,以及软件控制的WATCHDOG 等方法,使系统恢复正常(后两种俗称“看门狗”)。


出错原因分析

那在程序运行出现这些错误时,我们要从哪些方面进行分析呢?

1、意外中断。

确认下是否打开了某个中断,但是没有响应和**中端标志,导致程序一直进入中断,造成死机假象。

2、 中断变量处理不妥。

若定义某些会在中断中修改的全局变量,这时要注意两个问题:首先为了防止编译器优化中断变量,要在这些变量定义时前加 volatile,其次在主循环中读取中断变量前应该首先关闭全局中断,防止读到一半被中断给修改了,读完之后再打开全局中断;否则出现造成数据乱套。

3、地址溢出,常见错误为指针操作错误。

我要着重说的是数组下标使用循环函数中循环变量,如果循环变量没控制好则会出现数组下标越界,意外修改系统的寄存器造成死机,这种情况下如果死机说明运气好,否则后面不知道发生什么头疼的事。

4、 无条件的死循环。

比如使用while(x);等待电平变化,正常情况下x都会变成0,就怕万一,因此最好加上时间限制;

5、看门狗没有关闭。

有的单片机即使没使用看门狗开机时也有可能意外自动开启了最小周期的看门狗,导致软件不断复位,造成死机,这个要看芯片手册,最好在程序复位后首先应该显式**看门狗再关闭看门狗;

6、 堆栈溢出。

最难查找的问题,对于容量小的单片机,尽量减少函数调用层级,减少局部变量,从而减少压栈的时候所需的空间。当你把以上几条都试过不能解决问 题,试一试把你的被调用少函数直接内置到调用的地方并且把占用RAM大的局部变量改成全局变量,试一试说不定就可以了。


处理方法

找出原因后,我们要怎么处理呢?

死机是指CPU的程序指针进入一个死循环,无法执行正常的程序流程。其外在表现常常是:正常功能丧失,按键无响应,显示凝固。单片机死机后,只有复全才能走出死循环,执行正常的程序流程。众所属知,克服死机的最有效手段是加看门狗(WatchDog)。


目前用得最广泛的看门狗实际上是一个特殊的定时器DogTimer。DogTimer按固定速率计时,计满预定时间就发出溢出脉冲使单片机复位。如果每次在DogTimer溢出前强行让DogTimer清零,就不会发出溢出脉冲。清零脉冲由CPU发出,在单片机程序中每隔一段语句放一个清DogTimer的语句——FeedDog语句,以保证程序正常运行时DogTimer不会溢出。一旦程序进入一个不含FeedDog语句的死循环,DogTimer将溢出,导致单片机复位,跳出这个死循环。本文称这种看门狗为典型看门狗,典型看门狗已被集成比,如MAX706、MAX791等[1];还有许多单片机本身集成了这种看门狗,如PIC16C57、MC68HC705等,

有一个错误观点:加了看门狗,单片机就不会死机。实际上,看门狗有时间会完全失效。当程序进入某个死循环,而这个死循环中又包含FeedDog语句,这时DogTimer始终不会溢出,单片机始终得不到复位信号,程序也就始终跳不出这个死循环。针对这一弊端,笔者设计了双对限看门狗和定时复位看门狗。


双时限看门狗有两个定时器;一个为短定时器,一个为长定时器。短定时器定时为T1,长定时器定时为T2,0 。这样,当程序进入某个死循环,如果这个死循环包含短定时器FeedDog语句而不包含长定时器FeedDog语句,那么长定时顺终将溢出,使单片机复位。巧妙安排长定时器FeedDog语句的位置,可保证出现死机的概率根低。


目前几乎所有的看门狗都是依赖于CPU(依赖于CPU FeedDog)。这可以比作:一个保险设备能否起到保险作用还依赖于被它保护的对象的行为。显然,依赖于CPU的看门狗是不能保证单片机在分之百不死机的。


在绝对不允许死机的装置中,笔者设计了一种完全不依赖于CPU的看门狗——定时复位看门狗。定时复位看门狗的主体也是一个定时器,到预定时间就发出溢出脉冲,此溢出脉冲使单片机强行复位。定时复位看门狗不需要CPU FeedDog。


简言之,定时复位看门狗就是定时地让单片机强行复位。这样,即使装置死机,其最大死机时间也不会大于定时器定时时间。显然,只要硬件完好,这种看门狗百分之百地保证了单片机不会长时间死机。在智能电表(包括IC卡电能表、复费率电能表、多功能电能表)中采用了定时复位看门狗,每1秒让CPU强行复位,迄今数十万电表运行了近五年,无一例死机报告。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    单片机程序又跑飞?! 三种跑飞现象分析;在编写单片机程序的时候,由于中断服务程序写的不好,导致单片机程序总是跑飞,最后费了好长时间,花了很大功夫才找到问题原因,由此总结了单片机程序跑飞......
    学习STM32日志——独立看门狗实验;继续更新学习STM32的历程,今天学习看门狗。 在单片机构成的微型计算机系统中,单片机的工作时常收到外界电磁场的干扰,导致程序跑飞,陷入死循环。为了......
    应用系统的抗干扰性能主要取决于硬件的抗干扰设计,但软件抗干扰设计作为硬件抗干扰的完善和补充,作用也非常重要,因为大量的干扰通常并不能影响系统内硬件的运作,却常会使系统的软件无法正常运行,单片机应用的一个突出问题,便是单片机运行过程中经常出现的程序跑飞......
    向告警信号发射电路送一经过编码的脉冲串,经过天线发射出去。看门狗电路的作用是,在出现程序跑飞或告警板死机等异常情况时,使单片机迅速复位,从而确保告警板始终处于良好工作状态。   告警中央处理单元硬件主要由AT89C51单片机、告警......
    13看门狗(2024-07-30)
    其他控制语句中间的,一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机......
    复位也分两种,我们可以使用复位指令,直接使单片机进行复位,另外一种使用单片机内置看门狗,配置启动看门狗,在主循环程序中每隔一定的时间刷新看门狗,俗称喂狗。如果一定的时间没有喂狗,可以认为程序跑飞,则看门狗模块会复位单片机......
    可以使用复位指令,直接使单片机进行复位,另外一种使用单片机内置看门狗,配置启动看门狗,在主循环程序中每隔一定地时间刷新看门狗,俗称喂狗。如果一定的时间没有喂狗,可以认为程序跑飞,则看门狗模块会复位单片机,内置......
    可以使用复位指令,直接使单片机进行复位,另外一种使用单片机内置看门狗,配置启动看门狗,在主循环程序中每隔一定地时间刷新看门狗,俗称喂狗。如果一定的时间没有喂狗,可以认为程序跑飞,则看门狗模块会复位单片机,内置......
    系列单片机都有看门狗,当看门狗没有被定时清零时,将引起复位。这可防止程序跑飞。设计者必须清楚看门狗的溢出时间以决定在合适的时候,清看门狗。清看门狗也不能太过频繁否则会造成资源浪费。程序正常运行时,软件......
    内核运行状态硬件连接好:Target -> MCU Core 为什么讲这一条内容呢?相信大家都遇到或听到过程序跑飞这种情况,当你的程序跑飞,这里讲的内容可能帮助你判断程序是不是处于跑飞状态。 因为......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>