淺談微電子故障校驗(yàn)

洪偉鴻 鄧天軍

（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

淺談微電子故障校驗(yàn)

洪偉鴻 鄧天軍

（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

本文詳細(xì)介紹了軟件安全認(rèn)證中微電子故障校驗(yàn)原理，并舉例說明微電子故障校驗(yàn)的方法，提升家用電器安全性能。

軟件安全認(rèn)證；IEC60730；微電子故障；微控制器MCU

1 微電子故障校驗(yàn)方法說明

微電子故障校驗(yàn)主要是針對(duì)微控制器MCU本身內(nèi)部微電子故障的校驗(yàn)或檢測(cè)，包括：RAM，ROM，Stack，register，A/D，interrupt，clock等校驗(yàn)，但微控制器出現(xiàn)了微電子故障時(shí)，最有效的操作是將微控制器復(fù)位，關(guān)閉有可能造成人員傷害的器件。下面以NEC單片機(jī)為例，對(duì)微電故障校驗(yàn)做一個(gè)詳細(xì)的說明

1.1 RAM校驗(yàn)。其一，在上電是對(duì)整個(gè)RAM區(qū)域進(jìn)行校驗(yàn)。一是將RAM分為3個(gè)區(qū)域：0xfb00～0fcff，0xfd00～0xfe1f，0xfe20～0xfedf。二是分別對(duì)這3個(gè)區(qū)域進(jìn)行校驗(yàn)，需要注意的是：由于我們用到的堆棧是在0xfd00～0xfe1f這個(gè)區(qū)域，而校驗(yàn)的過程中單片機(jī)又需要使用堆棧區(qū)，所以在校驗(yàn)這個(gè)區(qū)域的之前，需要將堆棧指針重新制定到已經(jīng)校驗(yàn)合格的區(qū)域上去（例如0xfb00～0fcff），在校驗(yàn)完該區(qū)域后，重新將堆棧指針恢復(fù)為0xfe20，再進(jìn)行第三區(qū)域(0xfe20～0xfedf)的校驗(yàn)。三是校驗(yàn)的步驟如下：①將校驗(yàn)區(qū)域的RAM清零。②由低地址開始，比較RAM是否為0，如果是，將RAM改寫為0xffff，繼續(xù)下一單元的校驗(yàn)，否則報(bào)錯(cuò)。③由低地址開始，比較RAM是否為0xffff，如果是，將RAM改寫為0x0，繼續(xù)下一單元的校驗(yàn)，否則報(bào)錯(cuò)。④由低地址開始，比較RAM是否為0，如果是，將RAM改寫為0xaaaa，繼續(xù)下一單元的校驗(yàn)，否則報(bào)錯(cuò)。⑤由低地址開始，比較RAM是否為0xaaaa，如果是，將RAM改寫為0x5555，繼續(xù)下一單元的校驗(yàn)，否則報(bào)錯(cuò)。⑥由低地址開始，比較RAM是否為0x5555，如果是，將RAM改寫為0x0，繼續(xù)下一單元的校驗(yàn)，否則報(bào)錯(cuò)。一旦發(fā)現(xiàn)RAM有錯(cuò)，單片機(jī)復(fù)位。其二，在主循環(huán)，分次校驗(yàn)RAM，采用非破壞性的March X校驗(yàn)，保證在安全時(shí)間內(nèi)，可以將整個(gè)RAM區(qū)域校驗(yàn)完（目前為9s完成整個(gè)RAM區(qū)域校驗(yàn)）。其三，一旦發(fā)現(xiàn)校驗(yàn)不合格，則MCU復(fù)位。

1.2 ROM校驗(yàn)。在上電是對(duì)整個(gè)ROM區(qū)域進(jìn)行CRC校驗(yàn)。一是在主循環(huán)，分次校驗(yàn)ROM，保證在安全時(shí)間內(nèi)，可以將整個(gè)ROM區(qū)域校驗(yàn)完（目前為19s完成整個(gè)ROM區(qū)域校驗(yàn)。二是一旦發(fā)現(xiàn)校驗(yàn)不合格，則MCU復(fù)位。

1.3 Stack校驗(yàn)。假定堆棧的范圍為0xfd80～0xfe1f，在初始化時(shí)，在0xfd70～0xfd7f寫入一串帶CRC16校驗(yàn)的字符。在主循環(huán)中，周期性的對(duì)0xfd70～0xfd7f進(jìn)行校驗(yàn)，如果堆棧溢出，則該區(qū)域的信息必定改變，CRC16校驗(yàn)和將被改變，一旦發(fā)現(xiàn)堆棧溢出，單片機(jī)將復(fù)位。

1.4 Register校驗(yàn)。周期性對(duì)通用寄存器AX，BC，DE，HL進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)不通過，則MCU復(fù)位。寄存器校驗(yàn)的方法可采用如下方法：一是將0xAAAA寫入AX。二是比較AX的值是否為0xAAAA。（3）如果為0xAAAA，則繼續(xù)，否則寄存器有故障。四是將0x5555寫入AX。五是比較AX的值是否為0x5555。六是如果為0x5555，則繼續(xù)，否則寄存器有故障。七是寄存器BC，DE和HL的校驗(yàn)方法和AX的一樣。八是認(rèn)證要求在初始化和主循環(huán)時(shí)都要對(duì)寄存器進(jìn)行校驗(yàn)。

1.5 A/D校驗(yàn)。其一，確保A/D轉(zhuǎn)換正確。增加一個(gè)A/D電路檢測(cè)端口的電壓值，正常情況下是在2.5V左右，為了滿足+/-4F的要求（略高于UL+/-5F的要求），我們會(huì)一直檢測(cè)該電路的電壓，加入電壓不在2.4V～2.6V范圍內(nèi)，則代表檢測(cè)A/D檢測(cè)出現(xiàn)了問題，MCU需要作出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，我們選擇的是復(fù)位。其二，確保A/D通道選擇不會(huì)出錯(cuò)。由于大部分微控制器內(nèi)部都只有一個(gè)或者兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，通過選擇不同的A/D通道來讀取不同A/D轉(zhuǎn)換引腳的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，確保A/D通道選擇正確的最簡(jiǎn)單方法就是在每次A/D通道切換后，對(duì)A/D通道寄存器在進(jìn)行一次校驗(yàn)即可，如果A/D通道寄存器不是我們所希望的值，則表示A/D通道切換出現(xiàn)了問題，微控制器需要作出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作

1.6 Interrupt校驗(yàn)。Interrupt校驗(yàn)主要是針對(duì)定時(shí)中斷的校驗(yàn)，必須確保定時(shí)中斷能夠進(jìn)入：設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，在進(jìn)入定時(shí)中斷時(shí)，將這個(gè)標(biāo)志設(shè)為1，利用軟件看門狗的復(fù)位功能，在喂狗之前，判斷該標(biāo)志是否為1，如果不為1，則不進(jìn)行喂狗，系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)不喂狗，MCU將復(fù)位，流程圖如下：

1.7 Clock。只要能夠確保軟件在半頻和倍頻的情況下，機(jī)器不會(huì)造成人員傷害，同時(shí)在安全時(shí)間內(nèi)能夠確保所有safety functions都能夠順利校驗(yàn)一遍。最常用的辦法有過零檢測(cè)，對(duì)比內(nèi)置晶振，對(duì)比外置RC電路，利用外部通訊等辦法。

2 結(jié)語

當(dāng)對(duì)微控制器MCU的微電子故障進(jìn)行有效校驗(yàn)后，即使微控制器MCU內(nèi)部出現(xiàn)問題，微控制器還可以有效的關(guān)閉有可能造成危害的器件，使得家電的安全性進(jìn)一步提高。

[1]王新潔.淺談程控交換機(jī)故障排除的方法[J].機(jī)械信息，2012（1）.

TN407

A

1671-0037（2014）07-82-1

洪偉鴻（1979.1-），本科，研究方向：電機(jī)控制。