在单片机应用系统中，软件的可靠性是最重要的指标之一。它要求：１． 运行参数环境发生变化时（如温度漂移等），软件都能可靠运行并给出正确结果，即软件具有自适应性；２． 工业环境极其恶劣，干扰严重，软件必须保证在严重干扰条件下也能可靠运行。
软件抗干扰是当系统受干扰后使系统恢复正常运行，或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。软件抗干扰是被动措施，硬件抗干扰是主动措施。由于软件设计灵活性、节省硬件资源，所以软件抗干扰技术越来越受到人们的重视。
笔者长期从事单片机应用系统的开发与设计工作，总结出了一些常用的软件抗干扰的方法。下面以ＭＣＳ－５１单片机为例，介绍在单片机应用系统中常用的几种软件抗干扰方法。
一、指令冗余法
单片机操作时序完全由程序计数器ＰＣ控制，一旦ＰＣ因干扰出现错误，程序便脱离正常轨道，出现“乱飞”、改变操作数数值以及将操作数误认为操作码等。为了使“乱飞”程序迅速纳入正轨，应该多用单字节指令，并在关键地方插入一些空操作指令ＮＯＰ或将有效单字节指令重写，这就叫做指令冗余。
１． ＮＯＰ指令的使用。 在双字节指令或三字节指令之后插入两条ＮＯＰ指令，可保证其后的指令不被拆散。在对程序流向起决定作用的指令（如ＲＥＴ、ＡＣＡＬＬ、ＬＪＭＰ、ＪＺ、ＪＮＺ、ＪＣ、ＪＮＣ、ＤＪＮＺ等）和对系统状态起决定作用的指令（如ＳＥＴＢ、ＥＡ等）之前插入两条ＮＯＰ指令，使“乱飞”程序迅速纳入正轨。
２． 重要指令冗余。 在对程序流向起决定作用的指令（如ＲＥＴ、ＡＣＡＬＬ、ＬＣＡＬＬ、ＬＪＭＰ、ＪＺ、ＪＮＺ、ＪＣ、ＪＮＣ等）和某些对系统状态起决定作用的指令（如ＳＥＴＢ、ＥＡ等）的后面可重复写这些指令，以确保这些指令的正确执行。采用冗余法使ＰＣ纳入正轨的条件是：跑飞的ＰＣ必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令。
二、软件陷阱法
当乱飞程序进入非程序区或表格区时，无法用冗余指令使程序入轨，此时可以编软件陷阱程序，拦截乱飞程序，将其迅速引向一个指定位置，在那里有程序运行出错处理程序，将程序纳入正轨。软件陷阱的形式如下表。
根据乱飞程序落入陷阱区的位置不同，可选择表中的两种形式之一。
１． 未使用的中断区。 当未使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，以及时捕捉错误的中断。返回指令用ＲＥＴＩ，中断服务程序为：
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＰＯＰ ｄｉｒｅｃｔ１；将原先断点弹出
ＰＯＰ ｄｉｒｅｃｔ２
ＰＵＳＨ ００Ｈ ；断点地址改为００００Ｈ
ＰＵＳＨ ００Ｈ
ＲＥＴＩ
说明：ｄｉｒｅｃｔ１、ｄｉｒｅｃｔ２为主程序中未使用的单元。
２． 未使用的ＥＰＲＯＭ空间。 ＥＰＲＯＭ的存储空间很少全部用完。未用的区域可用０００００２００００Ｈ或０２０２０２０２００００Ｈ填满。最后一条应为０２００００Ｈ，当乱飞程序进入此区后，便会迅速入轨。
３． 运行程序区。 将陷阱指令组分散放置在用户程序各模块之间的空余单元里。在正常程序中不执行这些指令。乱飞程序一旦落入此区，便迅速拉到正确轨道。
４． 中断服务程序区。 设用户主程序运行区间为ＡＤＤ１～ＡＤＤ２，并设定时器Ｔ０产生１０ｍｓ定时中断。当程序乱飞落入ＡＤＤ１～ＡＤＤ２外，并发生了定时中断后，可在中断服务程序中判断中断断点地址ＡＤＤ×，若ＡＤＤ×＜ＡＤＤ１或ＡＤＤ×＞ＡＤＤ２，说明发生了程序乱飞，则应使程序返回到复位地址００００Ｈ，将乱飞程序拉到正确轨道。假设ＡＤＤ１＝０１００Ｈ，ＡＤＤ２＝１０００Ｈ，２ＦＨ、２ＥＨ分别为断点地址高、低字节单元，中断服务程序为：
ＰＯＰ ２ＦＨ ；断点地址弹入２ＦＨ、２ＥＨ
ＰＯＰ ２ＥＨ
ＰＵＳＨ ２ＥＨ
ＰＵＳＨ ２ＦＨ ；恢复断点地址
ＣＬＲ Ｃ ；断点地址与０１００Ｈ比较
ＭＯＶ Ａ，２ＥＨ
ＳＵＢＢ Ａ，＃００Ｈ
ＭＯＶ Ａ，２ＦＨ
ＳＵＢＢ Ａ，＃０１Ｈ
ＪＣ ＬＯＯＰＮ ；断点小于０１００Ｈ则转
ＭＯＶ Ａ，＃００Ｈ ；断点地址与１０００Ｈ比较
ＳＵＢＢ Ａ，２ＥＨＭＯＶ Ａ，＃１０Ｈ
ＳＵＢＢ Ａ，２ＦＨ
ＪＣ ＬＯＯＰＮ ；断点大于１００００Ｈ则转
? ；中断处理内容
?
?
ＲＥＴＩ ；正常返回
ＬＯＯＰＮ：ＰＯＰ ２ＦＨ ；修改断点地址
ＰＯＰ ２ＥＨ
ＰＵＳＨ ００Ｈ ；故障断点为００００Ｈ
ＰＵＳＨ ００Ｈ
ＲＥＴＩ ；故障返回
５． 外部ＲＡＭ写保护。 单片机外部ＲＡＭ保存大量数据，其写入指令为ＭＯＶＸ ＠ＤＰＴＲ，Ａ。当ＣＰＵ受到干扰而非法执行该指令时，会改写ＲＡＭ中的数据。为减小ＲＡＭ中数据丢失的可能性，可在ＲＡＭ写操作之前加入条件陷阱，不满足条件时不允许写，并进入陷阱，形成死循环。具体程序为：
ＭＯＶ Ａ，＃××Ｈ
ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃××××Ｈ
ＭＯＶ ６ＥＨ，＃５５Ｈ
ＭＯＶ ６ＦＨ，＃０ＡＡＨ
ＬＣＡＬＬ ＷＰＤＰＳＵＢ
ＲＥＴ
ＷＰＤＰＳＵＢ：ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＣＪＮＥ ６ＥＨ，＃５５Ｈ，ＸＹＪ ；６ＥＨ中不为
；５５Ｈ则落入死循环
ＣＪＮＥ ６ＦＨ，＃０ＡＡＨ，ＸＹＪ ；６ＦＨ中不为
；ＡＡＨ则落死循环
ＭＯＶＸ ＠ＤＰＴＲ，Ａ ；Ａ中数据写入
；ＲＡＭ××××Ｈ中
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＮＯＰ
ＭＯＶ ６ＥＨ，＃００Ｈ
ＭＯＶ ６ＦＨ，＃００Ｈ
ＲＥＴ
ＸＹＪ： ＮＯＰ ；死循环
ＮＯＰ
ＳＪＭＰ ＸＹＪ
三、看门狗
“看门狗”可使程序脱离“死循环”。“看门狗”可由硬件实现，可由软件实现，也可由两者结合来实现。软件看门狗的基本思路是：在主程序中对Ｔ０中断服务程序进行监视；在Ｔ１中断服务程序中对主程序进行监视；Ｔ０中断监视Ｔ１中断。从概率统计的观点，这种相互依存相互制约的抗干扰措施将使系统的可靠性大大提高。
系统软件包括主程序、高级中断子程序和低级中断子程序三部分。假设将Ｔ０设计成高级中断，Ｔ１设计成低级中断，从而形成中断嵌套。主程序流程图如图１所示。主程序完成系统测控功能的同时，还要监视Ｔ０中断因干扰而引起的中断关闭故障。Ａ０为Ｔ０中断服务程序运行状态观测单元，Ｔ０每中断一次，Ａ０便自动加１。在测控功能模块运行程序（主程序的主体）入口处，先将Ａ０值暂存于Ｅ０单元。由于测控功能模块一般运行时间较长，设定在此期间Ｔ０产生定时中断（设Ｔ０定时溢出时间小于测控功能模块运行时间），从而引起Ａ０变化。在测控功能模块的出口处，将Ａ０的即时值与先前的暂存单元Ｅ０的值相比较，观察Ａ０的值是否发生变化。若Ａ０的值发生变化，说明Ｔ０中断运行正常；若Ａ０的值没变化，说明Ｔ０中断关闭，则转到００００Ｈ处，进行出错处理。
Ｔ１中断程序流程图如图２所示。Ｔ１中断程序完成系统特定测控功能的同时，还要监视主程序的运行状态。在中断服务程序中设置一个主程序运行计数器Ｍ，Ｔ１每中断一次，Ｍ自动加１，Ｍ中的数值与Ｔ１定时溢出时间之积表示时间值。若Ｍ表示的时间值大于主程序运行时间Ｔ（为可靠起见，Ｔ要留有一定余量），说明主程序陷入死循环，Ｔ１中断服务程序便修改断点地址，返回００００Ｈ，进行出错处理。若Ｍ小于Ｔ，则中断正常返回，Ｍ在主程序入口处循环清０，如图１所示。
Ｔ０中断程序流程图如图３所示。Ｔ０中断程序监视Ｔ１中断服务程序的运行状态。该程序较短，受干扰破坏的几率较小。Ａ１、Ｂ１为中断运行状态标志单元。Ａ１的初始值为００Ｈ，Ｔ１每中断一次，Ａ１自动加１。Ｔ０中断程序若检测到Ａ１＞０，说明Ｔ１中断程序正常；若Ａ１＝０，则Ｂ１单元加１（Ｂ１的初始值为００Ｈ），若Ｂ１的累加值大于Ｑ，说明Ｔ１中断失效，失效时间为Ｔ０定时溢出时间与Ｑ值之积。Ｑ值的选取取决于Ｔ１、Ｔ０定时溢出时间。例如，Ｔ０定时溢出时间为１０ｍｓ，Ｔ１定时溢出时间为２０ｍｓ，当Ｑ＝４时，说明Ｔ１的允许失效时间为４０ｍｓ，在这样长的时间内，Ｔ１没有发生中断，说明Ｔ１中断发生了故障。由于Ｔ０中断级别高于Ｔ１中断，所以Ｔ１的任何中断故障（死循环、故障关闭）都会因Ｔ０的中断而被检测出来。
当系统受到干扰后，主程序可能发生死循环，中断程序也可能发生死循环或因中断方式字的破坏而被关闭中断。主程序的死循环可由Ｔ１中断服务程序进行监视；Ｔ０中断的故障关闭可由主程序进行监视；Ｔ１中断服务程序的死循环和故障关闭可由Ｔ０中断服务程序进行监视。由于采用了多重软件监测方法，大大提高了系统运行的可靠性。
注意：Ｔ０中断服务程序若因干扰而陷入死循环。主程序和Ｔ１中断服务程序无法检测出来。因此，应尽量缩短Ｔ０中断服务程序的长度，降低其发生死循环的几率。
硬件看门狗与软件看门狗结合，可获得良好的抗干扰效果。四川 涂小平
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