第八章2 提高计算机控制系统可靠性的技.ppt

第八章提高计算机控制系统可靠 性的技术措施
软件故障诊断措施
软件可靠性措施
内部干扰
采用隔离变压器
接地设计
提高计算机控制系统实时性技术措施
软件故障诊断措施
(1)程序运行监视技术WTD(Watchdog),即看门狗(硬件自复位)技术
(2)软件陷阱(指令冗余)技术
主要用于跑飞的程序指针,对因受干扰而混乱的程序中,多字节指令是最危险的,因为错误的PC指针有可能落在多字节指令的中间,造成错误指令执行;而单字节指令则可使混乱的PC指针重新理顺,使混乱现象得以控制。
软件陷阱就是依据此原理设计的一个程序段。
MCS51软件陷阱程序示例:
NOP
NOP
.
.
.
NOP
LJMP ERROR01
程序中指令LJMP ERROR01将跑飞的程序转移到出错处理程序,其中NOP指令加的越多,捕捉能力越强,但CPU执行程序的时间也会相应增加,降低系统的运行效率。
(3)指令复执技术
即在程序执行过程中,一旦发现错误就重新执行被错误干扰的现行指令。指令复执既可用软件实现,也可以硬件实现。但须遵循以下原则:
a、发现错误时应能准确保留现行指令地址,以便重新执行。
b、应能保留现行指令所用数据,以便重新执行使用。
软件可靠性措施
是在规定的时间内和规定的环境下,程序无故障运行的概率。
软件故障是指程序运行的外部结果偏离了需求规范。所以故障是在动态中产生的,必须运行程序才会发现故障,故障与程序运行状态有关。
提高软件可靠性的方法:
a、减少软件设计中的错误:主要包括采用模块化设计、进行软件评审软件调试等;
b、采用提高软件可调试性的设计方法:使得软件可维护性高、故障诊断及时迅速。
内部干扰
内部干扰:主要是由分布电容、分布电感引起的耦合感应、多点接地造成的电位差和寄生电容振荡、热噪声等引起。
无论是内部干扰还是外部干扰,都是通过路或场耦合到被干扰设备,因此,干扰的引入方式主要是共阻抗耦合方式。
采用隔离变压器
采用隔离变压器可阻断共模干扰,阻断系统与电源间的直接电的联系,减少它们间的耦合。隔离变压器应有多层屏蔽:如一次绕组屏蔽,二次绕组屏蔽,等电位层屏蔽,磁屏蔽和外屏蔽等。
接地设计
接地设计
接地也是消除系统干扰的一种方法。接地目的:
a、消除各电路电流流经公共地线阻抗时产生的噪声干扰电压;
b、避免磁场及地电位差形成地环路磁耦合影响。一般来说,低频电路采用单点接地,高频电路采用多点接地,当频率<1MHz时单点接地,>10MHz时多点接地。
在1-10MHz之间用单点接地时,其地线长度超过波长的1/20,否则应使用多点接地单点接地目的是避免形成地环路以致在信号回路内引起干扰。而高频干扰采用多点接地主要是考虑分布参数的影响。
计算机控制系统地线标准要求,一般应在机房周围埋设网状地线,其阻值应小于10Ω,最好为4-5Ω。
处理措施:
a、高频电路就近多点接地和低频电路一点接地的原则;
b、交流地与信号地分离;
c、数字地与模拟地分开走线,只在一点汇集;
d、功率地线应粗,且与小信号地线分开,而与直流地相连;
e、信号地以5Ω导体一点入地。