单片机

首先什么是执行效率。我们平常所说的执行效率就是使用相同的算法在相同输入条件下完成相同计算所产生的系统开销,目前来说一般会更多关注执行时间方面的开销。所有语言编写的代码最终要运行,都要转化成机器码。在更短的时间内完成相同的事那么效率就高。

关于如何提高C语言程序的执行效率,有如下建议:

1.尽量避免调用延时函数

没有带操作系统的程序只能在while(1)里面循环执行,如果在这里面调用大量的延时这样会很消耗CPU的资源,延时等于是让他在这歇着不干事了,只有中断里面的才会执行。如果仅仅是做一个LED一秒闪烁一次的程序,那么很简单,可以直接调用延时函数,但是实际的项目中往往在大循环里有很多事要做,对于实时性要求较高的场合就不行了。为了避免使用延时,可以使用定时器中断产生一个标志位,到了时间标志位置1,在主程序里面只需要检测标志位,置1了才执行一次,然后清标志。其他时间就去做别的事了,而不会在这等待了。最好的例子就是数码管的显示,使用中断调显示,在我们的例程里面有。然后是那个按键检测的,一般的程序都是做的while(!key)等待按键释放,如果按键一直按着,那后面的程序就永远得不到运行死在这了,其实可以做一个按键标志检测下降沿和上升沿就可以避免这个问题了。

2.写出来的代码要尽量简洁,避免重复

在10天学会单片机那本书上看到他写的数码管显示那部分代码,选中一个位,然后送数据,再选中一个位,再送数据,依次做完。代码重复率太高了,不仅占用过多的类存,而且执行效率差可读性差,仅仅是实现了功能而已,实际的编程可以做一个循环,for循环或者while循环。这样的代码看起来更有水平。

3.合理使用宏定义

在程序中如果某个变量或寄存器经常用到,可以使用宏定义定义一个新的名代替他,这样的好处是方便修改,比如液晶的数据端总线接的P1,现在想改到P0,那么只需要修改宏定义这里就可以了,编译器编译的时候,他会自动的把定义的名替换成实际的名称。

4.使用尽量小的数据类型

比如某个变量的值范围是0-255,那么就定义成unsigned char,当然也可以定义成unsigned int,但是这样造成了内存的浪费,而且运算时效率要低一点。如果数据没有负数的话,尽量定义成无符号的类型。应尽量避免定义成浮点型数据类型或双精度(占8个字节)类型,这两种类型运算时很消耗CPU资源。比如采集电压范围是0-5v,精确到小数点后三位,可以把采集到的数据扩大1000倍,即使最大也才到5000,然后多采集几次做个滤波算法,最后电压算出来后只需要在第一位后面加个小数点就可以了,变量定义成unsigned int 型变量就没问题了。

5.避免使用乘除法

乘除法很消耗CPU资源,查看汇编代码会发现,一个乘除法运算会编译出10几甚至几10行代码。如果是乘以或除以2的n次方,可以用>来实现,这种移位运算在编译时就已经算好了,所以代码很简洁,运算效率就高。但是需要特别注意运算符的优先级问题。

6.尽量使用复合赋值运算符

a=a+b与a+=b 这两个表达式有什么区别呢?前者是先计算a+b的值,然后保存到ACC寄存器,然后再把ACC寄存器的值赋给a,而后者是直接将a+b的值赋给a,节省一个步骤,虽然只节省了一条指令,但是当这个运算循环几千次几万次呢,那么效果很明显了。像其他的-=、*=、/=、%=等都是一样的。

7.尽量不要定义成全局变量

先来看一下局部变量,全局变量,静态局部变量,静态全局变量的异同:

(1)局部变量:在一个函数中或复合语句中定义的变量,在动态存储区分配存储单元,在调用时动态分配,在函数或复合语句结束时自动释放;

(2)静态局部变量:在一个函数中定义局部变量时,若加上static声明,则此变量为静态局部变量,在静态存储区分配存储单元,在程序运行期间都不释放;静态局部变量只能在该函数中使用;静态局部变量在编译时赋值(若在定义时未进行赋值处理,则默认赋值为0(对数值型变量)或空字符(对字符型变量));静态局部变量在函数调用结束后不自动释放,保留函数调用结束后的值;

(3)全局变量:在函数外定义的变量称为全局变量;全局变量在静态存储区分配存储单元,在程序运行期间都不释放,在文件中的函数均可调用该全局变量,其他文件内的函数调用全局变量,需加extern声明;

(4)静态全局变量:在函数外定义变量时,若加上static声明,则此变量为静态全局变量;静态全局变量在静态存储区分配存储单元,在程序运行期间都不释放,静态全局变量在编译时赋值(若在定义时未进行赋值处理,则默认赋值为0(对数值型变量)或空字符(对字符型变量));只能在当前文件中使用。

一般情况下就定义成局部变量,这样不仅运行更高效,而且很方便移植。局部变量大多定位于MCU内部的寄存器中,在绝大多数MCU中,使用寄存器操作速度比数据存储器快,指令也更多更灵活,有利于生成质量更高的代码,而且局部变量所的占用的寄存器和数据存储器在不同的模块中可以重复利用。

当中断里需要用到的变量时,就需要定义成全局变量,并且加volatile修饰一下,防止编译器优化。如果数据是只读的比如数码管的断码、汉字取模的字库需要放在ROM里,这样可以节省RAM,51单片机是加code,高级点的单片机都是加const修饰。

8.选择合适的算法和数据结构

应该熟悉算法语言,知道各种算法的优缺点,具体资料请参见相应的参考资料,有很多计算机书籍上都有介绍。将比较慢的顺序查找法用较快的二分查找或乱序查找法代替,插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替,都可以大大提高程序执行的效率。.

选择一种合适的数据结构也很重要。 指针是一个包含地址的变量,可对他指向的变量进行寻址。使用指针可以很容易的从一个变量移到下一个变量,故特别适合对大量变量进行操作的场合。数组与指针语句具有十分密切的关系,一般来说,指针比较灵活简洁,而数组则比较直观,容易理解。对于大部分的编译器,使用指针比使用数组生成的代码更短,执行效率更高。但是在Keil中则相反,使用数组比使用的指针生成的代码更短。

9.使用条件编译

一般情况下对C语言程序进行编译时,所有的程序都参加编译,但是有时希望对其中一部分内容只在满足一定条件才编译,这就是条件编译。条件编译可以根据实际情况,选择不同的编译范围,从而产生不同的代码。

10.嵌入汇编---杀手锏

汇编语言是效率最高的计算机语言,在一般项目开发当中一般都采用C 语言来开发的,因为嵌入汇编 之后会影响平台的移植性和可读性,不同平台的汇编指令是不兼容的。但是对于一些执着的程序员要求程序获得极致的运行的效率,他们都在C 语言中嵌入汇编,即“混合编程”。

注意:如果想嵌入汇编,一定要对汇编有深刻的了解。不到万不得已的情况,不要使用嵌入汇编。

来源:畅学电子网

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启动代码通常都烧写在flash中,它是系统一上电就执行的一段程序,它运行在任何用户c代码之前。上电后,arm处理器处于arm态,运行于管理模式,同时系统所有中断被禁止,pc到地址0处取指令执行。一个可执行映像文件必须有个入口点,而能放在rom起始处的映像文件的入口地址也必须设置为0。

在汇编语言中,我们已经说过怎样定义一个程序的入口点,当工程中有多个入口点时,需要在连接器中使用-entry指出程序的入口点。如果用户创建的程序中,包含了main函数,则与c库初始化代码对应的也会有个入口点。

总的来说,启动代码主要完成两方面的工作,一是初始化执行环境,例如中断向量表、堆栈、i/o等;二是初始化c库和用户应用程序。

在第一阶段,启动代码的人物可以描述为:

(1)建立中断向量表;
(2)初始化存储器;
(3)初始化堆栈寄存器;
(4)初始化i/o以及其他必要的设备;
(5)根据需要改变处理器的状态。

建立中断向量表

初始化代码必须建立好中断向量表,以备应用程序后续使用。如果系统的地址0处是rom,则中断向量表直接是一些跳转指令就可以了,他们转到相应的中断处理函数执行。如果系统的0地址处不是rom,则中断向量表是通过动态的方式创建的,这主要是通过存储器映射的方式来实现:即上电后,rom中的地址被映射到地址0,它首先开始执行以便完成环境的初始化,最重要的它会将中断向量表拷贝到ram中,然后通过地址映射将ram地址映射为0,这样ram中的中断向量就可以使用了。

初始化存储系统

对于有mmu的处理器,需要正确初始化mmu,没有的只需正确初始化存储控制器,为每个bank配置正确的参数就可以了。

初始化堆栈指针

初始化代码必须初始化处理器各个模式下的堆栈指针,所有系统或用户程序会涉及的处理器模式对应的堆栈指针都应该初始化。通常未定义指令和预取指终止异常对应模式的堆栈指针不需要配置,除非用户需要使用它们作为调试使用。

初始化堆栈指针

初始化代码必须初始化处理器各种模式下的堆栈指针,所有系统或用户程序会涉及的处理器模式对应的堆栈指针都应该被初始化。通常未定义指令和预取指终止异常对应模式的堆栈指针不需要配置,除非用户需要使用它们作为调试使用。

初始化i/o以及其他必要设备

关键的输入输出模块必须在中断打开之前被配置,例如看门狗,否则它们会在系统启动后产生复位信号。

改变处理器状态和模式

启动代码运行时,处理器状态认为管理模式,如果用户程序需要运行在用户模式,可以切换转入用户模式;所有处理器上电后是处于arm状态的,如果需要改变处理器状态,也可以在启动代码里切换到thumb态。

在执行环境建立起来后,接下来就是应用程序的初始化,简单点就是讲用户程序加载到他们相应的运行地址,初始化数据区等,这个阶段完成后,才能进入用户最终的c代码区域。用户应用程序的初始化过程包括:将rw段的数据拷贝到他们的运行地址处,同时在rw段后面初始化相应大小的zi段数据,把他们初始化为0,使用了库函数的程序(工程中有main函数)是在库函数_main中自动完成这些工作的。

本文转自:博客园 - 张凌001,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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一、单片机上拉电阻的选择

单片机外围电路设计中十大疑问

单片机外围电路设计中十大疑问

大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是错误的,单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管,即便在截止状态时也会有少量截止电流,当R取的非常大时,微弱的截止电流通过就产生了高电平。

二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED:电压1.6V-2.4V,电流2-20mA,在2-5mA亮度有所变化,5mA以上亮度基本无变化。

单片机外围电路设计中十大疑问

三、端口出现不够用的情况

这时可以借助扩展芯片来实现,比如三八译码器74HC138来拓展

单片机外围电路设计中十大疑问

单片机外围电路设计中十大疑问

四、滤波电容

滤波电容分为高频滤波电容和低频滤波电容。

1、高频滤波电容一般用104容(0.1uF),目的是短路高频分量,保护器件免受高频干扰。普通的IC(集成)器件的电源与地之间都要加,去除高频干扰(空气静电)。

2、低频滤波电容一般用电解电容(100uF),目的是去除低频纹波,存储一部分能量,稳定电源。大多接在电源接口处,大功率元器件旁边,如:USB借口,步进电机、1602背光显示。耐压值至少高于系统最高电压的2倍。

五、三极管的作用

1、开关作用:

单片机外围电路设计中十大疑问

LEDS6为高电平时截止,为低电平时导通。

限流电阻的计算:集电极电流为I,则基极电流为I/100(这里涉及到放大作用,集电极电流是基极的100倍),PN结电压0.7V,R=(5-0.7)/(I/100)

2、放大作用:

集电极电流是基极电流的100倍

3、电平转换:

单片机外围电路设计中十大疑问

当基极为高电平时,三极管导通,右侧的导线接地为低电平,当基极为低电平时,三极管截止,输出高电平.

六、数码管的相关问题

数码管点亮形成的数字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小数点)构成,字模及真值表如上图。

七、电流电压驱动问题

由于单片机输出有限,当负载很多的时候需要另外加驱动芯片 ,比如74HC245

八、上拉电阻

上拉电阻选取原则
1、从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大;电阻大,电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。
3、对于高速电路,过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓。

综合考虑:上拉电阻常用值在1K到10K之间选取,下拉同理。

上下拉电阻

上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,下拉同理。
1、电平转换,提高输出电平参数值。
2、OC门必须加上拉电阻才能使用。
3、加大普通IO引脚驱动能力。
4、悬空引脚上下拉抗干扰。

九、晶振和复位电路

晶振电路

1、晶振选择:

根据实际系统需求选择,6M,12M,11.0592M,20M等待

2、负载电容:

对地接2个10到30pF的电容即可,常用20pF。

3、万用表测晶振:

直接用红表笔对晶振引脚,黑表笔接GND,测量电压即可。

复位电路

复位

把单片机内部电路设置成为一个确定的状态,所有的寄存器初始化。
51单片机的复位时间大约在2个机械周期左右,具体需要看芯片数据手册。

一般通过复位芯片或者复位电路,具体的阻容参数的计算,通过google查找。

十、按键抖动及消除

按键也是机械装置,在按下或放开的一瞬间会产生抖动,如下图:

单片机外围电路设计中十大疑问

单片机外围电路设计中十大疑问

消除方法有两种:软件除抖和硬件除抖,其中硬件除抖是应用了电容对高频信号短路的原理。

软件除抖是检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms~10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。

来源:捷配电子市场网

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本文对单片机通信性能的分析和评价方法进行研究,指出了物理接口电路分布参数的分析方法和保证通信系统通信接口控制性能固件正确性的组合选择法。对单片机通信性能评价时,可以使用本文提出单片机通信性能分析参数。这些参数是比特吞吐系数ξ、数据传输有效性σ和数据识别率η。利用这些参数,可以定量地对单片机通信性能进行分析,同时也可以利用这些参数进行单片机的选择和应用系统设计。

现代信息网络技术的一个突出特点,就是使工业控制系统6中的所有设备连接成网,从而在一个核心软件管理下工作(这个软件可能是分布式的操作系统,也可能是嵌入式操作系统),形成一个有机的整体。这种整体网络方式的现代工业控制系统具有传统独立控制系统所无法比拟的先进性,不仅能极大地提高工业设备的生产效率,还可以大大提高系统的安全性和可靠性。

目前,为了实现网络化系统,工业设备都必须以网络终端的形式出现在系统中,而这种网络终端大多用单片机或数字信号处理来实现。由于工业控制系统设备的多样性和分布性,智能模块方式的单片机终端已经成为主流设备控制方式。

随着信息和电子技术的发展,各种工业控制系统网络不断改进,这就对单片机通信功能的要求不断增加。特别是对各种现场总线技术中通信接口和通信协议,更是提出了新的通信要求:不仅能适应某一个通信协议,还希望能成为一种通信协议自动转换的智能终端。因此,单片机通信功能是否满足设计目标要求是必须设计中的一个关键问题。

在单片机应用技术中,需要有一个对单片机通信性能进行分析评价的理论方法,只有这样才能解决对单片机通信性能进行评价和设计的问题。本文的目的就是通过研究讨论,提出一个对单片机通信性能的分析和评价方法。 本文从单片机通信接口的物理结构和固件特性两个方面对单片机通信接口进行了分析,提出了接口电路物理性能分析模型和通信特性定量评价分析的参数。

一、串行通信口的物理特性

对单片机的通信性能可以从通信接口性能和软件处理能两个方面进行考虑。通信接口性能主要表现在与通信有关的电路物理性能上;而软件处理性能则与单片机的指令系统和CPU性能直接有关,所以,软件处理性能可以用单片机的固件特性来表示。

单片机串行通信接口一般分为两种,一种是同步串行通信接口(SPI),另一种是异步串行通信接口(SCI)。SPI具有串行通信速度高的特点,但一般需要 1条发送和1条接收串行数据通信线、1条通信目标选择线和1条同步时钟线,一共需要4条通信线(占用单片机的4个I/O引脚)。SOC虽然数据传输速度低于SPI,但一般只需要2条数据线和1条地线即可,也就是只需要3根通信线(占用单片机的3个引脚)。 SPI和SCI串行通信接口的基本电路结构如图1和图2所示。

单片机的通信性能分析与评价方法

单片机的通信性能分析与评价方法

从图中可以看到SPI和SCI的物理结构有很大差别:SPI的通信速率和信号接收正确率由时钟和接口物理特性决定;SCI的通信速率和信号接收正确率由物理接口和时钟分频率决定。

通信接口接收的是数字电平信号,因此,存在电平判别的问题。如果输入电路的物理特性对输入电平波形有影响,则会直接影响接收信号的正确性。因此,要求接收和发送电路的物理特性必须满足波形的要求。

通信息的物理特性还与通信介质和连接状态有关。图3是通信接口电路和驱动电路之间的待效电路图。

当数据传输速率远小于电路电压跟踪速度时,可认为每一位数据的电平保护足够长的时间。根据图3可以得到输出和输入信号的阶段响应: u=U(1-e -at) (1) 式中,u是数字信号高电平,a=1/[R(C1+C2)]是上升时间常数。图4是数字信号受到分布参数影响后的波形。 根据式(1)可知,在5V电源电压条件下,通信信号电平幅度上升到判别电压幅度(TTL高电平或CMOS高电平)所需时间是 T=-R(C1+C2)ln0.46(对TTL电路)或T=-R(C1+C2)ln0.72(对CMOS电路)。如果信号的波特率为fb,为确保正确接收,信号上升时间应当为信号脉冲宽度的1/4~1/10。 由此,当数字信号为TTL电平时,要求单片机接口电路的分布参数范围是

单片机的通信性能分析与评价方法

当数字系统为CMOS电平时,要求单片机接口电路的分布参数范围是
单片机的通信性能分析与评价方法

如果单片机的物理分布参数已经确定,则式(2)和式(3)就是最高通信速率的限制条件。 通过以上分析可以看出,单片机通信接口的物理特性对通信性能直接影响,主要反映在接口电路分布参数对数字信号波形的影响,进而引起接口电平判别失误。

二、单片机串行通信接口的固件特性

所谓单片机串行通信接口的固件特性,是指单片机串行通信接口的控制和支持硬件在串行通信时所具有技术特性。固件特性包括两个方面问题,一个方面是软件行为对硬件的要求条件,另一个是硬件电路所能提供的结构和功能特性。

1.单片机通信接口功能的控制方式

单片机串行通信接口功能的控制是在单片机内部硬件结构支持下的软件操作。单片机是面向寄存器的工作方式,因此,对于通信接口的控制是通过一系列的寄存器操作实现的。

基本控制步骤如下:

(1)设置必要参数(如通信速率、时钟源、终端方式等);

(2)设置数据结构(对于异步通信口);

(3)通过向发送寄存器写入数据,启动发送/接收——读取数据。 每一次通信(发送一个字节)都需要重复最后一个步骤。

由此可知,单片机串行通信接口寄存器的操作会直接影响通信接口的功能和性能。由于单片机的每一步骤操作都是执行1条指令,所以,单片机串行通信的真正发送时间,是向发送寄存器写数据指令结束的时刻。

单片机的通信性能分析与评价方法

2.单片机串行通信接口基本固件特性

单片机串行通信接口一般包括发送数据、接收数据、发送时钟、接收时钟、线路监测、碰撞处理、波特率设置、帧结构设备等。这些固件的特性有一个共同的特点,就是全部以寄存器为操作对象,并在每一个操作指令结束时执行寄存器操作,通过寄存器的输出电路实现相应的功能。由此可知,寄存器操作的特性,就是单片机串行通信接口固件的特性。

(1)次序固定的固件特性。
单片机串行以通信接口操作中,必须先进行相应的设置,才能实施通信。这种固定的次序是单片机串行通信接口的重要固件特性,如果忽略了这种次序特性,必然会导致通信失败。

(2)协议相关的固件特性。
通信协议是有效利用单片机串行通信接口的基本保证之一。如果在单片机的通信协议执行过程中出现问题,则通信功能就会丧失。

(3)隐含协调性。
所谓隐含协调性指隐含在通信指令集中的协议规定,如发送方与接收方的等待协议规定等。

由此,可以把单片机的固件特性用3个不同集合之交表示:设有通信接口的操作次序集合A、相关协议集合B和隐含规约集合C。A中的每一个元素都是一种正确的通信接口操作次序;B中每一个元素都是一种体现相关协议的通信接口操作要求;C中每一个元素都是一种隐含规约,则符合要求的通信接口控制固件必然是三者之交: Y=A∩B∩C

(4) 由此可知,要检查单片机串行通信接口的基本固件特性,可以使用式(2)进行判别;如果不能满足式(2),就表明单片机串行通信接口的固件特性有问题,会引起通信失效。

三、单片机通信性能分析

上述对单片机串行通信接口的物理特性和因件特性的分析,提供了单片机通信性能分析的基础。单片机通信性能分析包括比特吞吐特性分析、有效性分析和数据安全性分析。

1.比特吞吐特性分析

比特吞吐特性,是指单片机执行通信任务时单位时间内发送和接收的比特数目。比特吞吐特性不能用串行特性的波特率代替。比特吞特性不仅与波特率有关,更与单片机的固件特性有关。不同的通信协议会引起不同的通信操作,形成不同的操作固件。这种固件操作的有效性才是决定比特吞吐特性的关键。

在处理一组数据时,设通信协议处理数据的时间为tp,串行通信发送数据的时间为tc,则总的通信时间为t=tp+tc,因此,串行通信接口的比特吞吐特性可用如下函数表示: ξ=fctc/(tp+tc) (5) 式中,ξ叫做比特吞吐系数,fc是固件设备的串行通信波特率。可见,在fc固定的条件下,要提高比特吞吐特性,就必须尽量减少tp+tc并增加tc。在 tp=0这种极端情况下,比特吞吐系数才能等于通信波特率。 利用比特吞吐系数可以方便地检查单片机的串行通信能力能否满足应用系统的要求。例如,应用系统要求每秒钟内传输10个字节数据,相当于要求每秒钟的比特吞吐系数为80K。这里K是数据帧格式有效系数:异步串行通信中K>1;同步串行通信中K=1。

单片机的通信性能分析与评价方法

根据这个要求,可以对应用系统所设计的软件结构进行核实,如果不能满足,则说明应用系统不能满足对通信的要求,必须进行调整。

2.有效性分析

所谓有效性,是指对包括通信协议在内的整个通信过程的有效性。设单片机应用系统发送和接收的控制信息数据是随机函数y=P(x),其中x代表单位时间内的数据传输量。Y的数据期望是: σ=E[y]=E[P(x)] (6) σ叫做单片机串行通信系统的数据传输有效性系数。显然,在满足应用系统功能的前提下,σ的值小,说明数据传输的有效性高;反之,系统数据传输量大,说明系数控制信息的有效性差。必须注意,这里只考虑控制信息,并不包括必要的数据采集。

有效性分析就是要根据系数数据传输的随机分布,估计系统数据的有效性。可以直接利用有效性系数作为检验的标准。

此外,数据识别率也是衡量单片机通信效果和应用系统固件特性的一种重要参数。

数据识别率是指对接收到的数据语义理解的速度。设单片机接收到能代表完整意义的X个字节所需要的时间是tx,语义理解(翻译和判别)需要的时间为tY,则数据识别率为 η=X/(tx+ty) (7) 数据识别率表示了单位时间内单片机通信的效果,η值越大,表明单片机的整体固件特性越好,通信效率越高。

3.数据完全性

数据安全性不仅与系统的串行通信物理特征有关,更主要的是与应用系统通信的固件特性有关,尤其是通信协议中的应用层,直接关系系统的数据安全。

数据安全性可以用通信稳定性和数据识别率表示。 通信稳定性与通信线路和物理接口的侵入和干扰状态有关。对于单片机通信系统来说,当多个单片机采用串行连接的方法连接在1条总线上时,通信线路的侵入状态由通信协议直接确定。如使用令牌通信方式时,基本上没有侵入状态;但如果用客户/服务器方式,侵入状态将随线路上单片机数量的增加而恶化。这是比较复杂的通信系统行为特性分析问题,本文不再分析。

结论

本文对单片机通信接口的物理特性和固件特性进行了分析。指出了确定物理接口电路分布参数的分析方法,并导出了在不考虑传输线电感(PCB板)条件下电路分布参数与保证通信可靠条件之间的关系计算公式。这些计算表明,接口电路的分布参数是限制通信速度的主要因素之一。

通信接口控制的固件特性对单片机通信性能有重要影响。通信接口控制的固件特性需要用通信接口操作次序集合A、相关协议集合B和隐含规约集合C的交集进行检查。选择一组合适的固件结构组合,以保证通信系统通信接口控制性能固件的正确性。

对单片机通信性能评价时,可以使用本文提出的单片机通信性能分析参数。这些参数是比特吞吐系数ξ、数据传输有效性系数σ和数据识别率η。利用这些参数,可以定量地对单片机通信特性进行分析,同时也中以利用这些参数进行单片机的选择和应用系统设计。

必须指出,单片机通信系统的安全特性也是一个重要的应用基础,限于篇幅本文不再讨论。

转自:广电电器

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单片机的特点:

(1) 受集成度限制,片内存储器容量较小,一般内ROM:8KB以下;
(2) 内RAM:256KB以内。
(3) 可靠性高
(4) 易扩展
(5) 控制功能强
(6) 易于开发

ARM的特点:

(1)自带廉价的程序存储器(FLASH)和非易失的数据存储器(EEPROM)。这些存储器可多次电擦写,使程序开发实验更加方便,工作更可靠。

(2)高速度,低功耗。在和M51单片机外接相同晶振条件下,AVR单片机的工作速度是M51单片机的30-40倍;并且增加了休眠功能及CMOS技术,使其功耗远低于M51单片机。

(3) 工业级产品。具有大电流输出可直接驱动SSR和继电器,有看门狗定时器,防止程序走飞,从而提高了产品的抗干扰能力。

(4) 超功能精简指令,具有32个通用工作寄存器,相当于M51单片机中32个累加器!从而克服了单一累加器工作的瓶颈效应。

(5)程序下载方便。AVR单片机即可并行下载也可串行下载,无需昂贵的编程器。此外,还可以在线下载!也就是说可以直接在电路板上进行程序修改和烧录。

(6) 具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能。使得工业控制中的模拟信号处理更为简单方便。

(7) 并行口、定时计数器、中断系统等单片机内部重要资源的功能进行了大幅度提升,使之更适合工业生产过程的实时控制。

(8) 其时钟频率既可外接也可使用单片机内部自带的振荡器,其频率可在1MHz-8MHz内设置,使得硬件开发制作更为简洁。

(9)强大的通讯功能,内置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、两线串行总线接口TWI(I2C ),使网络控制、数据传送更为方便。

(10)超级保密功能,应用程序可采用多重保护锁功能。可低价快速完成厂家产品商品化等等。 除上述特点外“零外设”也是AVR嵌入式单片机的重要特征。由于该芯片已内置了程序存储器、晶振并增加了在线汇编功能。

所以AVR单片机芯片接上直流电源,下载个程序就可以独立工作。无需附加外部设备,无需使用昂贵的编程器和仿真装置。这给我们学习和开发带来了便利条件。

FPGA的特点:

(1)采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路),用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。 
 
(2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。  

(3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。  

(4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 

(5)FPGA采用高速CMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。  

可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 
 
FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。  

加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。

嵌入式系统的特点:

(1)系统内核小
由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的,系统资源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统,内核只有5K,而Windows的内核?简直没有可比性。  

(2)专用性强
嵌入式系统的个性化很强,其中的软件系统和硬件的结合非常 紧密,一般要针对硬件进行系统的移植,即使在同一品牌、同一系列的产品中也 需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务,往往需要 对系统进行较大更改,程序的编译下载要和系统相结合,这种修改和通用软件的 “升级”是完全两个概念。  

(3)系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分,不要求 其功能设计及实现上过于复杂,这样一方面利于控制系统成本,同时也利于实现系统安全。 

(4)高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存储,以提高速度;软件代码要求高质量和高可靠性。  

(5)嵌入式软件开发要想走向标准化,就必须使用多任务的操作系统
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行;但是为了合理地调度多任 务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口,用户必须自行选配RTOS (Real-Time Operating System)开发平台,这样才能保证程序执行的实时性、 可靠性,并减少开发时间,保障软件质量。  

(6)嵌入式系统开发需要开发工具和环境。
由于其本身不具备自举开发能力, 即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有一套 开发工具和环境才能进行开发,这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬 件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的 概念,主机用于程序的开发,目标机作为最后的执行机,开发时需要交替结合进行。

转自:小丑l

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存储器的工作原理:

1、存储器构造

存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的,也就是说,它存放的实际上是电平的高、低,而不是我们所习惯认为的1234这样的数字

单片机存储器结构

单片机存储器结构

单片机里面都有这样的存储器,这是一个存储器的示意图:一个存储器就象一个个的小抽屉,一个小抽屉里有八个小格子,每个小格子就是用来存放“电荷”的,电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉,每个小抽屉称之为一个“单元”。

有了这么一个构造,我们就能开始存放数据了,想要放进一个数据12,也就是00001100,我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷,而其它小格子里的电荷给放掉就行了。问题出来了,一个存储器有好多单元,线是并联的,在放入电荷的时候会将电荷放入所有的单元中,而释放电荷的时候会把每个单元中的电荷都放掉,这样的话,不管存储器有多少个单元,都只能放同一个数,这不是我们所希望的,因此要在结构上稍作变化,看图2,在每个单元上有个控制线,我想要把数据放进哪个单元,就给一个信号这个单元的控制线,这个控制线就把开关打开,这样电荷就能自由流动了,而其它单元控制线上没有信号,所以开关不打开,不会受到影响,这样,只要控制不一样单元的控制线,就能向各单元写入不一样的数据了,同样,如果要某个单元中取数据,也只要打开对应的控制开关就行了。

2、存储器译码

那么,我们怎样来控制各个单元的控制线呢?这个还不简单,把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗?事情可没那么简单,一片27512存储器中有65536个单元,把每根线都引出来,这个集成电路就得有6万多个脚?不行,怎么办?要想法减少线的数量。我们有一种办法称这为译码,简单介绍一下:一根线能代表2种状态,2根线能代表4种状态,3根线能代表几种,256种状态又需要几根线代表?8种,8根线,所以65536种状态我们只需要16根线就能代表了。

3、存储器的选片及总线的概念

单片机存储器结构

至此,译码的问题解决了,让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢?它就是从计算机上接过来的,一般地,这八根线除了接一个存储器之外,还要接其它的器件,这样问题就出来了,这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的,如果将某个别的单元接在这八根线上,就不好了,比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H,那么这根线到底是处于高电平,还是低电平?所以我们要让它们分离。办法当然很简单,当外面的线接到单片机的管脚进来后,不直接接到各单元去,中间再加一组开关就行了。平时我们让开关关闭着,如果确实是要向这个存储器中写入数据,或要从存储器中读出数据,再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择:读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中,先选中该片,然后发出写信号,开关就合上了,并将传过来的数据(电荷)写入片中。如果要读,先选中该片,然后发出读信号,开关合上,数据就被送出去了。注意图4,读和写信号同时还接入到另一个存储器,但是由于片选端不一样,所以虽有读或写信号,但没有片选信号,所以另一个存储器不会“误会”而开门,造成冲突。

从上面的介绍中我们已经看到,用来传递数据的八根线并不是专用的,而是很多器件大家共用的,所以我们称之为数据总线,总线英文名为BUS,总即公交车道,谁都能走。而十六根地址线也是连在一起的,称之为地址总线。

半导体存储器的分类

按功能能分为只读和随机存取存储器两大类。

只读存储器的英文缩写为ROM(READ ONLY MEMORY),从字面上理解就是只能从里面读,不能写进去,它类似于我们的书本,发到我们手回之后,我们只能读里面的内容,不能随意更改书本上的内容。

随机存储器的英文缩写为RAM(Random Access Memory),即随时能改写,也能读出里面的数据,它类似于我们的黑板,我能随时写东西上去,也能用黑板擦擦掉重写。

解释一下几个常见的概念:

PROM,称之为可编程存储器。这就象我们的练习本,买来的时候是空白的,能写东西上去,可一旦写上去,就擦不掉了,所以它只能用写一次,要是写错了,就报销了。(现在已经被淘汰)

EPROM,称之为紫外线擦除的可编程只读存储器。它里面的内容写上去之后,如果觉得不满意,能用一种特殊的办法去掉后重写,这就是用紫外线照射,紫外线就象“消字灵”,能把字去掉,然后再重写。当然消的次数多了,也就不灵光了,所以这种芯片能擦除的次数也是有限的——几百次吧。(现在已经被淘汰)

EEPROM,也叫 E2PROM称之为电可擦可编程只读存储器,它和EEPROM类似,写上去的东西也能擦掉重写,但它要方便一些,不需要光照了,只要用电就能擦除或者重新改写数据,所以就方便许多,而且寿命也很长(几万到几十万次不等)。

FLASH,称之为闪速存储器,属于EEPROM的改进产品,它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定,不同厂家的产品有不同的规格), 而EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。FLASH现在常用于大容量存储,比如u盘。

来源:Love_Code

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1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)

A、方法:根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A),每次检测到新值时判断:如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效。如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值

B、优点:能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。

C、缺点:无法抑制那种周期性的干扰,平滑度差。

2、中位值滤波法

A、方法:连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列,取中间值为本次有效值。

B、优点:能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液 位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。

C、缺点:对流量、速度等快速变化的参数不宜。

3、算术平均滤波法

A、方法:连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低;N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高。N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4

B、优点:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波,这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动。

C、缺点:对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用,比较浪费RAM。

4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)

A、方法:把连续取N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则),把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4"12;温度,N=1"4

B、优点:对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高,适用于高频振荡的系统。

C、缺点:灵敏度低 ,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差,不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差,不适用于脉冲干扰比较严重的场合,比较浪费RAM

5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)

A、方法:相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,然后计算N-2个数据的算术平均值。N值的选取:3"14

B、优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

C、缺点:测量速度较慢,和算术平均滤波法一样,比较浪费RAM。

6、限幅平均滤波法

A、方法:相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”,每次采样到的新数据先进行限幅处理,再送入队列进行递推平均滤波处理 。

B、优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

C、缺点:比较浪费RAM。

7、一阶滞后滤波法

A、方法:取a=0"1,本次滤波结 果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。

B、优点:对周期性干扰具有良好的抑制作用,适用于波动频率较高的场合。

C、缺点: 相位滞后,灵敏度低,滞后程度取决于a值大小,不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。

8、加权递推平均滤波法

A、方法:是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权。通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低。

B、优点:适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。

C、缺点:对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差。

9、消抖滤波法

A、方法:设置一个滤波计数器将每次采样值与当前有效值比较:如果采样值=当前有效值,则计数器清零如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出),如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器 。

B、优点:对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。

/*
2015.5
单片机滤波示例:

*/

// 读取数据程序:
unsigned int get_ad();


// 1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
#define A 10
char value;
char filter()
{
    char new_value = get_ad();
    if ((new_value - value > A) || (value - new_value > A))
        return value;
    return new_value;
}

// 2、中位值滤波法
#define N  11 
char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count, i, j, temp;
    for (count = 0; count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    // 冒泡排序
    for (j = 0; j < N - 1; j++)   
    {
        for (i = 0; i < N - j; i++)
        {
            if (value_buf[i] > value_buf[i + 1])  
            {
                temp  = value_buf[i];
                value_buf[i] = value_buf[i + 1];
                value_buf[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
    return value_buf[(N - 1) / 2];
}

// 3、算术平均滤波法
#define N 12 
char filter()
{
    int sum = 0;
    for (count = 0; count < N; count++) 
    { 
        sum + = get_ad(); 
        delay(); }
    return (char)(sum / N);
}

// 4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
#define N 12  
char value_buf[N]; 
char i = 0;
char filter()
{
    char count;
    int sum = 0;
    value_buf[i++] = get_ad(); 
    if (i == N )  
        i = 0;
    for (count = 0; count < N; count++)
    { 
        sum = value_buf[count]; 
    } 
    return (char)(sum / N);
}

// 5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
#define N 12 
char filter()
{
    char count, i, j;
    char value_buf[N];    
    int sum = 0;
    for (count = 0; count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    for (j = 0; j < N - 1; j++)
    {
        for (i = 0; i < N - j; i++)
        {
            if (value_buf[i] > value_buf[i + 1])    
            {
                temp  = value_buf[i];
                value_buf[i] = value_buf[i + 1];                 
                value_buf[i + 1] = temp;
            }
        }
    }
    for (count = 1; count < N - 1; count++)
    { 
        sum += value[count]; 
    } 
    return (char)(sum / (N - 2));
}

// 6、限幅平均滤波法


// 7、一阶滞后滤波法
#define a 50 
char value; 
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return (100 - a)*value + a*new_value;
}

// 8、加权递推平均滤波法
#define N 12 
char code coe[N] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 };
char code sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; 
char filter()
{
    char count;
    char value_buf[N];
    int sum = 0;
    for (count = 0, count < N; count++)
    {
        value_buf[count] = get_ad(); delay();
    }
    for (count = 0, count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count] * coe[count];
    }
    return (char)(sum / sum_coe);
}

// 9、消抖滤波法
#define N 12 
char filter()   
{
    char count = 0;    
    char new_value = get_ad();
    while (value != new_value) 
    {
        count++;
        if (count >= N)   
            return new_value;        
        delay();
        new_value = get_ad();      
    }
    return value;
}

转自:ht-beyond

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1.什么是串行通信?

串行通信(英语:Serial communication)是指在计算机总线或其他数据通道上,每次传输一个位元数据,并连续进行以上单次过程的通信方式。与之对应的是并行通信,它在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信。

简言之:串行通讯就是排成一队走,并行就是排成一列走,如下图

单片机串行通信全解析

2.同步串行通信(Synchronous serial communication)和异步串行通信(Asynchronous serial communication)

1)发送端在发送串行数据的同时,提供一个时钟信号,并按照一定的约定(例如在时钟信号的上升沿的时候,将数据发送出去)发送数据,接收端根据发送端提供的时钟信号,以及大家的约定,接收数据。这就是常说的同步串行通信(Synchronous serial communication),I2C、SPI等有时钟信号的协议,都属于这种通信方式。

2)发送端在数据发送之前和之后,通过特定形式的信号(例如START信号和STOP信号),告诉接收端,可以开始(或者停止)接收数据了。与此同时,收发两方会约定一个数据发送的速度(就是大名鼎鼎的波特率),发送端在发送START信号之后,就按照固定的节奏发送串行数据,与此同时,接收端在收到START信号之后,也按照固定的节奏接收串行数据。这就是常说的异步串行通信(Asynchronous serial communication)。

3.单片机上常用的串行通讯接口

  •  SPI:高速同步串行口。3~4线接口,收发独立、可同步进行串行外围设备接口,是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式,是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。SPI通常有SCK时钟,STB片选,DATA数据信号三个信号。 I2C通常有 SDA数据和SCL时钟两个信号。SPI总线真正实现了全双工数据传输,SPI 有3线跟4线两种,4线的话,就是多了一条叫SDC的线,用来告知从设备现在传输的是数据还是指令。这个接口较快,可以传输较连续的数据。SPI的速度要大于IIC,一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面,如大容量存储器等。

  •  UART:通用异步串行口,一般我们说的单片机上的“串口”大多是特指UART。可以全双工通信,线数也比较少。数据是异步传输的,对双方的时序要求比较严格,通信速度也不是很快。在多机(单片机与单片机之间)通信上面用的最多。

  •  IIC:一种串行传输方式,三线制,网上可找到其通信协议和用法的,IIC 接口的协议里面包括设备地址信息,可以同一总线上连接多个从设备,通过应答来互通数据及命令。但是传输速率有限,标准模式下可达到100Kbps,快速模式下可达到400Kbps,高速模式下达到Mbps,不能实现全双工,不适合传输很多的数据。

  •  USB:这个肯定是很熟悉的了,几乎每天都打交道。通用串行总线(英语:Universal Serial Bus,缩写:USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。很多单片机上也带有USB接口例如ST的STM32。

以上各种接口的通讯协议是不一样的,如UART最简单的协议是一个起始位一个终止位中间八个数据位,而USB的话通讯协议就复杂的多的多。

4.串行接口电气标准。

TTL电平:TTL电平指的是低电平为0,高电平为1(+5V电平),大多数的单片机自带的串口用的就是这种电平。一般用于芯片之间通信,TTL电平通信距离较短。

UART使用的是单片机自带的电平,单片机是什么电平标准那么该单片机上的UART就是什么电平标准,例如51单片机的UART就是用的TTL电平。而这种电平是没办法用于远程数据传输的,为了能让串行数据能够传输的更远,我们需要更加强大的传输标准,于是就有了RS-232、RS-422、RS485等。

  •   RS-232-C
也称标准串口,是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线,采用标准25芯D型插头座。自IBM PC/AT开始使用简化了的9芯D型插座。至今25芯插头座现代应用中已经很少采用。电脑一般有两个串行口:COM1和COM2,9针D形接口通常在计算机后面能看到。现在有很多手机数据线或者物流接收器都采用COM口与计算机相连。

  •   RS-422
为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS- 422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。

  •   RS-485
为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485 标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,后命名为 TIA/EIA-485-A标准。

下图是一般传输过程:单片机匹配电平到RS-232,通过RS-232传输,再从RS-232匹配到TTL再给另一个单片机。

单片机串行通信全解析

5.其他

各种串行通讯是可以相互转换的,如下图中我们最经常使用的CH340芯片就能够把USB转成TTL电平的UART串口通讯

单片机串行通信全解析

参考资料:
【1】
http://blog.sina.com.cn/s/blog_62dd0b350100qyey.html
【2】http://www.cnblogs.com/lucky-apple/archive/2008/07/03/1234581.html
【3】http://www.wowotech.net/basic_tech/serial_intro.html
【4】http://www.ing10bbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=437

本文转载自:feipeng8848

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在最近一个项目中,急急忙忙把功能完成就给了客户,完全没有安全意识,现在用烧录器把Flash里的程序一读,我就慌了,完全没有加密,随随便便就把程序读出来了,那我干了一个月的活,被人家花几秒钟读出来了,我这不是白干吗。因此,在这里普及一下安全意思,顺便介绍几种常见的加密方法。

一、打磨或更改芯片型号丝印

打磨或更改芯片型号丝印可以迷惑破解者,使破解者不知从何入手。当然,这是需要成本的,根据产品价格考虑是否需要打磨。

二、使用加密芯片

使用加密芯片的成本更加高,同时对于加密芯片可靠度无法掌握,风险很大。

三、开启单片机Flash保护

大部分有价值的单片机都有Flash保护功能,使能对应的标志位,烧录器就无法通过通讯脚读取Flash里的数据,唯有全部擦除数据。如图1-1新塘单片机

单片机加密方法
图1-1

也有一些单片机通过程序直接把通讯线路物理意义上的断开,这种方法保护更有效,但从此不能再对单片机写入程序,对于售后服务来说是一种风险。如图1-2ST单片机

单片机加密方法
图1-2

四、使用唯一ID号

对于一些高端的单片机,在出厂的时候芯片内部就给予了一个唯一的ID号。我们可以添加一个存储器(有的单片机内部有),然后组织一种特殊的算法,利用这个唯一的ID号,产生一组数据,把这个数据预先烧录到存储器里。单片机上电初始化的时候,先读出存储器里的这个数据X,然后读出自身的ID号通过加密算法算出一个值Y,然后比较XY值是否一样,如果一样则继续工作,否则停止工作。这种方法是最实用的一种。如图1-3ST单片机的唯一ID号

单片机加密方法
图1-3

五、利用外部电路参数校正

对于一些非纯数字电路,电路自身存在有较大的参数偏差,这时候可以利用软件校正参数偏差,这使得每一块电路板的程序电路一样,但Flash数据不一样。破解者即使破解出程序和电路,如果无法理解电路的含义,则无法校正Flash数据,产品运行结果就会有偏差。

转自:WCW的故事

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