專利名稱：一種計算機中央處理器的抗干擾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機應用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計算機中央處理器 的抗干擾方法。
背景技術(shù)：
計算機控制系統(tǒng)的抗干擾是計算機軟、硬件設(shè)計中必須考慮的重要問
題，而程序計數(shù)器PC的抗干擾俗稱"程序跑飛"問題，又是設(shè)計中需主 要解決的問題之一?，F(xiàn)有解決"程序跑飛"的常用方法包括設(shè)置"Watchdog"
監(jiān)視器、設(shè)置程序指針陷阱或使用復位指令等。上述方法雖可在程序受干 擾、進入死循環(huán)或硬件故障時使系統(tǒng)復位，但上述存在的以下主要問題， 即不能實時監(jiān)測程序的運行狀況，導致不能及時發(fā)現(xiàn)程序的干擾情形，并 且相應處理干擾的方法也不合理。
2005年10月5曰公開的發(fā)明專利申請CN1677363中披露了 一種計算 機CPU抗干擾的設(shè)計方法，通過該方法雖然能夠?qū)崟r監(jiān)測程序的運行，及 時發(fā)現(xiàn)程序的干擾并能夠以合理的方法處理干擾，但該方法的硬件實現(xiàn)較 為復雜。
通過對計算機控制系統(tǒng)抗干擾的研究，在"程序跑飛"的故障中，程 序計數(shù)器PC的內(nèi)容變化有一定規(guī)律的。為了便于分析，設(shè)計算機總的程 序存儲空間為Mt,實際程序存儲器占用的空間為Mr:其中程序所占用的實 際程序存儲器的空間為Mo，未被程序所占用的實際程序存儲器的空間為 M。這樣以來，程序計數(shù)器PC被干擾后其內(nèi)容可能分布于以下三個區(qū)第 一、空白程序存儲區(qū)M。未被程序所占用的實際程序存儲器的空間，即 M6=Mr-Mo;第二、空閑程序存儲區(qū)Mr:未使用的程序存儲空間，即Mf=Mt-Mr; 第三、程序存儲區(qū)Mo:程序所占用的實際程序存儲器的空間，Mo=Mr-M。。我們以PC被干擾后其內(nèi)容分布在程序存儲器空間的區(qū)域不同，將干
擾分為三種M。區(qū)干擾；Mo區(qū)干擾；M「區(qū)干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一 種計算機中央處理器的抗干擾方法，其硬件設(shè)計簡單且步驟少、使用操作 簡便，能夠簡易解決程序在空白程序存儲區(qū)M。和空閑程序存儲區(qū)Mf的干擾問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種計算機中央處理 器的抗干擾方法，其特征在于該方法包括以下步驟
步驟一、在計算機中央處理器即CPU初始化時，將其程序所占用的最 大地址寫入一個增設(shè)的程序最大地址寄存器PCMAX中；
步驟二、在CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取指令碼前，將程序計數(shù) 器PC與程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容均輸入至一個增設(shè)的程序地址 比較器PCP中進行比較
當前者等于或小于后者時，CPU正常執(zhí)行；
當前者大于后者時，所述程序地址比較器PCP輸出一中斷信號至一個 增設(shè)的不可屏蔽中斷源USINT，不可屏蔽中斷源USINT產(chǎn)生中斷并使得CPU 進入中斷服務(wù)程序。
步驟二中所述的中斷服務(wù)程序為相應干擾處理程序、系統(tǒng)報警程序、 復位或初始化操作程序。
步驟二中所述的程序地址比較器PCP與一個增設(shè)的程序地址比較專用 寄存器PCPSR相接。
步驟一所述的程序最大地址寄存器PCMAX和所述程序計數(shù)器PC的位 數(shù)相同且均為N位。
步驟二中所述程序地址比較器PCP的位數(shù)為N位。
所述程序地址比較器PCP為N位的雙輸入比較器。所述程序地址比較專用寄存器PCPSR的位數(shù)為N/2位；且在CPU復位 時，置所述程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容為全"1"，置所述程序地 址比較專用寄存器PCPSR為禁止程序地址比較器PCP工作的狀態(tài)；步驟一 中將CPU進行初始化且將其程序所占用的最大地址寫入程序最大地址寄存 器PCMAX時，置所述程序地址比較專用寄存器PCPSR為開啟程序地址比較 器PCP的狀態(tài)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點，1、方法簡單且實時性強；2、
硬件設(shè)計簡單且步驟少、使用操作方便；3、能夠?qū)τ嬎銠C中央處理器程 序執(zhí)行的整個過程進行實時監(jiān)測，具體是在CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi) 容取指令碼前，及時發(fā)現(xiàn)Me區(qū)干擾和Mr區(qū)干擾；4、本發(fā)明改變了傳統(tǒng)計 算機的執(zhí)行指令方式及硬件結(jié)構(gòu)，其結(jié)合干擾的分布情況，通過增設(shè)一程 序最大地址寄存器PCMAX、 一程序地址比較器PCP、 一程序地址比較專用 寄存器PCPSR和一不可屏蔽中斷源USINT，實現(xiàn)了對于M。區(qū)干擾和Mr區(qū)干 擾的實時監(jiān)測，并能及時發(fā)現(xiàn)干擾情形且根據(jù)實際情況作出相應的干擾處 理，能有效解決現(xiàn)有"程序跑飛"解決方法較為復雜的缺陷；5、本發(fā)明 的具體工作原理是在計算機初始化時，將程序占用的最大地址寫入程序 最大地址寄存器PCMAX，同時將程序地址比較專用寄存器PCPSR置成禁止 程序地址比較器PCP工作的狀態(tài)；在計算機按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取 指令碼前，通過程序地址比較器PCP將程序計數(shù)器PC的內(nèi)容和程序最大 地址寄存器PCMAX的內(nèi)容進行比較，如果前者等于或小于后者，則說明程 序計數(shù)器PC的內(nèi)容在正常范圍，CPU按正常執(zhí)行。而當前者大于后者時， 說明程序計數(shù)器PC的內(nèi)容超出了規(guī)定范圍，即程序肯定已被干擾；此時， 程序地址比較器PCP輸出信號一個中斷信號，并且該中斷信號作為不可屏 蔽中斷源USINT的中斷條件，產(chǎn)生中斷并使得CPU進入中斷服務(wù)程序；實 踐中，利用該中斷，可根據(jù)不同情況編寫各種處理該類干擾的干擾處理程 序，另外也包括對系統(tǒng)進行系統(tǒng)報警、復位或初始化操作?？傊?，本發(fā)明 對于M區(qū)干擾和Mf區(qū)干擾而言，具有干擾性判斷準確、迅速、可靠且有效的特點。
下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式
以INTEL公司的8031單片機為例，本發(fā)明所述計算機中央處理器的抗 干擾方法，包括以下步驟
步驟一、在計算機中央處理器即CPU初始化時，將其程序所占用的最 大地址寫入一個增設(shè)的程序最大地址寄存器PCMAX中，并且程序最大地址 寄存器PCMAX和程序計數(shù)器PC的位數(shù)相同且均為N位。
本實施例中，在現(xiàn)有CPU基礎(chǔ)上增設(shè)一個程序最大地址寄存器PCMAX, 并且所述程序最大地址寄存器PCMAX和程序計數(shù)器PC的位數(shù)相同且均為 16位。
步驟二、在CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取指令碼前，將程序計數(shù) 器PC與程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容均輸入至一個增設(shè)的程序地址 比較器PCP中進行比較
當前者等于或小于后者時，CPU正常執(zhí)行；
當前者大于后者時，所述程序地址比較器PCP輸出一中斷信號至一個 增設(shè)的不可屏蔽中斷源USINT,不可屏蔽中斷源USINT產(chǎn)生中斷并使得CPU 進入中斷服務(wù)程序。所述中斷服務(wù)程序為相應干擾處理程序、系統(tǒng)報警程 序、復位或初始化操作程序。
另外，所述程序地址比較器PCP為N位的雙輸入比較器；所述程序地 址比較專用寄存器PCPSR的位數(shù)為N/2位；且在CPU復位時，置所述程序 最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容為全"1"，置所述程序地址比較專用寄存 器PCPSR為禁止程序地址比較器PCP的狀態(tài)；步驟一中將CPU進行初始化 且將其程序所占用的最大地址寫入程序最大地址寄存器PCMAX時，置所述 程序地址比較專用寄存器PCPSR為開啟程序地址比較器PCP的狀態(tài)。
本實施例中，所述程序地址比較器PCP和不可屏蔽中斷源USINT的位數(shù)為16位。所述程序地址比較器PCP與一個增設(shè)的程序地址比較專用寄 存器PCPSR相接，并且程序地址比較專用寄存器PCPSR的位數(shù)為8位。
設(shè)計算機總的程序存儲空間Mt為64k，實際程序存儲器占用的空間 Mr為32k:其中程序所占用的實際程序存儲器的空間Mo為8k,未被程序 所占用的實際程序存儲器的空間M為24k。這樣
程序存儲區(qū)Mo:即程序所占用的實際程序存儲器的空間，Mo=Mr-M6。 其地址為0000H 1FFFH。
空白程序存儲區(qū)M6:即未被程序所占用的實際程序存儲器的空間， Me=Mr-Mo。其地址為2000H 7FFFH。
空閑程序存儲區(qū)M"即未使用的程序存儲空間，Mr=Mt-Mr。其地址為 8000H ~ FFFFH。
由于正常情況下，程序計數(shù)器PC的內(nèi)容不可能超出1FFFH,即如果程 序計數(shù)器PC的內(nèi)容大于1FFFH，則肯定計算機出現(xiàn)干擾故障。
程序地址比較專用寄存器PCPSR的內(nèi)容為55H表示禁止程序地址比 較器PCP工作；AAH表示開啟程序地址比較器PCP工作。
系統(tǒng)復位時，計算機置程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容為全"1"，
置程序地址比較專用寄存器PCPSR為55H即禁止程序地址比較器PCP工作
的狀態(tài)。
若系統(tǒng)有如下程序段 ORG OOOOh
OOOOh LJMP Main; 3字節(jié)指令，跳轉(zhuǎn)指令
ORG 1FF0H
1FF0H Main: MOV PCMAX， #1FFFH; 3字節(jié)指令，程序最大地址送入程序
最大地址寄存器PCMAX中 MOV PCPSR， #AAH;3字節(jié)指令，開啟程序地址比較器PCP 1FF6H: MOV SP,#53H;3字節(jié)指令，無跳轉(zhuǎn) 1FFEH: Loop: SJMP Loop;2字節(jié)指令，短跳轉(zhuǎn)則當程序執(zhí)行初始化時，將程序占用的最大地址寫入程序最大地址寄
存器PCMAX中，即將1FFFH寫入程序最大地址寄存器PCMAX;同時，置程 序地址比較專用寄存器PCPSR為AAH,即開啟程序地址比較器PCP工作的 狀態(tài)。至此，后面的程序在執(zhí)行指令時，也就是說，實際操作過程中，在 計算機CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取指令碼前，均先將程序計數(shù)器PC 的內(nèi)容與程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容通過程序地址比較器PCP進行 比較，如果前者等于或小于后者，說明程序計數(shù)器PC的內(nèi)容在正常范圍， CPU繼續(xù)按正常執(zhí)行。如果前者大于后者，說明程序計數(shù)器PC的內(nèi)容比程 序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容還大，超出了規(guī)定范圍，即程序肯定已被 干擾，此時，程序地址比較器PCP輸出一個中斷信號作為不可屏蔽中斷源 USINT的中斷條件，產(chǎn)生中斷并使得CPU進入中斷服務(wù)程序；利用該中斷， 可根據(jù)不同情況編寫各種處理該類干擾的程序，也包括對系統(tǒng)進行系統(tǒng)報 警、復位或初始化操作。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu) 變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、在計算機中央處理器即CPU初始化時，將其程序所占用的最大地址寫入一個增設(shè)的程序最大地址寄存器PCMAX中；步驟二、在CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取指令碼前，將程序計數(shù)器PC與程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容均輸入至一個增設(shè)的程序地址比較器PCP中進行比較當前者等于或小于后者時，CPU正常執(zhí)行；當前者大于后者時，所述程序地址比較器PCP輸出一中斷信號至一個增設(shè)的不可屏蔽中斷源USINT，不可屏蔽中斷源USINT產(chǎn)生中斷并使得CPU進入中斷服務(wù)程序。
2. 按照權(quán)利要求l所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特 征在于步驟二中所述的中斷服務(wù)程序為相應干擾處理程序、系統(tǒng)報警程 序、復位或初始化操作程序。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法， 其特征在于步驟二中所述的程序地址比較器PCP與一個增設(shè)的程序地址 比較專用寄存器PCPSR相接。
4. 按照權(quán)利要求3所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特 征在于步驟一所述的程序最大地址寄存器PCMAX和所述程序計數(shù)器PC 的位數(shù)相同且均為N位。
5. 按照權(quán)利要求4所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特 征在于步驟二中所述程序地址比較器PCP的位數(shù)為N位。
6. 按照權(quán)利要求5所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特 征在于所述程序地址比較器PCP為N位的雙輸入比較器。
7. 按照權(quán)利要求4所述的一種計算機中央處理器的抗干擾方法，其特 征在于所述程序地址比較專用寄存器PCPSR的位數(shù)為N/2位；且在CPU復位時，置所述程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容為全"1",置所述程 序地址比較專用寄存器PCPSR為禁止程序地址比較器PCP工作的狀態(tài)；步 驟一中將CPU進行初始化且將其程序所占用的最大地址寫入程序最大地址 寄存器PCMAX時，置所述程序地址比較專用寄存器PCPSR為開啟程序地址 比較器PCP工作的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計算機中央處理器的抗干擾方法，包括以下步驟一、在計算機CPU初始化時，將其程序所占用的最大地址寫入一個增設(shè)的程序最大地址寄存器PCMAX中；二、在CPU按照程序計數(shù)器PC的內(nèi)容取指令碼前，將程序計數(shù)器PC與程序最大地址寄存器PCMAX的內(nèi)容均輸入至一個增設(shè)的程序地址比較器PCP進行比較當前者等于或小于后者時，CPU正常執(zhí)行；當前者大于后者時，程序地址比較器PCP輸出一中斷信號至一個增設(shè)的不可屏蔽中斷源USINT，不可屏蔽中斷源USINT產(chǎn)生中斷并使得CPU進入中斷服務(wù)程序。本發(fā)明硬件設(shè)計簡單且步驟少、使用操作簡便，能簡易解決程序在空白程序存儲區(qū)和空閑程序存儲區(qū)的干擾問題。
文檔編號G06F11/36GK101446919SQ20081023262
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者鈺 柴 申請人:西安科技大學