章旭偉，唐遠(yuǎn)景

（金華市廣信網(wǎng)絡(luò)工程有限責(zé)任公司，浙江 金華 321000）

0 引言

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自誕生以來(lái)，其內(nèi)部的復(fù)雜性就超乎了人們的想象，由計(jì)算機(jī)衍生出來(lái)的各種系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)而言，其運(yùn)行的穩(wěn)定性主要來(lái)自于系統(tǒng)內(nèi)部的電氣干擾問題，這種干擾問題，通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)的相關(guān)通道，能夠使工作過(guò)程中出現(xiàn)模擬信號(hào)失真[1]，數(shù)字信號(hào)出錯(cuò)等相關(guān)的問題，從而不能使工作達(dá)到最佳的真實(shí)效果。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，有很多案例，由于出現(xiàn)干擾問題，系統(tǒng)不能夠正常的穩(wěn)定運(yùn)行，造成了極大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，這種情況之下，軟件抗干擾技術(shù)越來(lái)越多的得到工作人員青睞[2]。

1 干擾對(duì)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的影響

由于計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在工作過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生干擾的原因眾多，所以，當(dāng)干擾信號(hào)，通過(guò)耦合通道進(jìn)入計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，可以影響到計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。第一，干擾信號(hào)進(jìn)入耦合通道之后，會(huì)使正常工作過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集誤差加大，其主要原因是由于干擾侵入測(cè)量單元的信號(hào)通道時(shí)，會(huì)在原有的信號(hào)基礎(chǔ)之上疊加干擾信號(hào)，這樣數(shù)據(jù)采集的誤差就會(huì)隨之而加強(qiáng)，尤其是在傳感器工作信號(hào)較弱時(shí)，其干擾性則更加嚴(yán)重。第二，會(huì)造成計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)控制狀態(tài)失靈，計(jì)算機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，主要是通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)向其他的系統(tǒng)發(fā)送一系列的信號(hào)指令，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入通道之后，就會(huì)影響折扣系統(tǒng)所發(fā)出的各種指令，而這些指令就會(huì)對(duì)整個(gè)工作信號(hào)發(fā)生干擾，引起控制系統(tǒng)的虛假指令[3]。第三，測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生變化，干擾會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生失真問題。其主要原因是計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)是由RAM儲(chǔ)存器進(jìn)行控制，其主要的工作在于讀寫和儲(chǔ)存測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中的一些數(shù)據(jù)，若干擾信號(hào)，通過(guò)通訊通道進(jìn)入測(cè)繪系統(tǒng)時(shí)，倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的儲(chǔ)存器則也會(huì)將其信號(hào)數(shù)據(jù)讀寫，那么這種情況就會(huì)引起整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生改寫的問題，所產(chǎn)生的問題，主要包括數(shù)據(jù)造成偏差，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)失控，程序發(fā)生改變等等。第四，程序運(yùn)行失常，電腦的CPU程序技術(shù)區(qū)的正常工作是維持系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵所在，若CPU計(jì)數(shù)器受到外界信號(hào)的干擾，其運(yùn)行程序就會(huì)發(fā)生紊亂，從而導(dǎo)致其他程序的正常運(yùn)行失控。在正常工作過(guò)程當(dāng)中，CPU受到干擾程序之后，其計(jì)數(shù)器的值就會(huì)發(fā)生隨機(jī)變化，引起其他系統(tǒng)的紊亂，使整個(gè)電腦系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)[4]。

2 軟件抗干擾的開發(fā)前提

整個(gè)計(jì)算機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，抗干擾的主要措施以硬件為主，軟件為輔，所以開發(fā)軟件抗干擾的前提是，必須依據(jù)電腦的硬件措施為基礎(chǔ)，當(dāng)計(jì)算機(jī)受到其他信號(hào)的干擾時(shí)，系統(tǒng)的軟件能夠開啟自動(dòng)運(yùn)行，并且感知干擾信號(hào)的來(lái)源，阻斷干擾信號(hào)，檢查自身系統(tǒng)遭受的破壞和性能，是否能夠正常維持工作，并在此基礎(chǔ)之上，對(duì)數(shù)據(jù)和信號(hào)程序進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)修復(fù)，然后再進(jìn)行系統(tǒng)的重新啟動(dòng)恢復(fù)正常的工作。所以抗干擾軟件的設(shè)計(jì)前提必須是抗干擾軟件能夠自身抵御干擾信號(hào)而不致造成破壞，在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中，由于電腦當(dāng)中的很多程序參數(shù)都放在內(nèi)存儲(chǔ)存器當(dāng)中，這樣的儲(chǔ)存器就為整個(gè)抗干擾軟件提供穩(wěn)定的工作環(huán)境阻斷一切干擾信號(hào)，提供了前提條件[5-6]。那么對(duì)于一些RAM用戶來(lái)說(shuō)，如果安裝抗干擾軟件，本身其軟件的抗干擾能力就會(huì)受到極大的局限，所以操作平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性是保證微機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行工作和抗干擾性的提升的重要前提。具體總結(jié)如下：

第一，在干擾作用之下，微機(jī)系統(tǒng)的硬件部分必須要保持正常的工作狀態(tài)，為軟件運(yùn)行提供安全的保障。第二，程序區(qū)必須要保障正常的運(yùn)行狀態(tài)，具體在軟件運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，很多的程序數(shù)據(jù)表格都固定在ROM當(dāng)中，若有一些計(jì)算機(jī)采取的是RAM程序運(yùn)行，一旦受到干擾信號(hào)時(shí)，則只能夠等到干擾過(guò)后重新向RAM掉入應(yīng)用程序，其過(guò)程較為繁瑣[7]。第三，要保證RAM中的重要數(shù)據(jù)不能遭到破壞，若是控制系統(tǒng)當(dāng)中的重要程序遭到干擾破壞時(shí)，系統(tǒng)如能進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣控制迅速修復(fù)數(shù)據(jù)則干擾信號(hào)只能夠造成短期的波動(dòng)，而不能夠致使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。事實(shí)上，在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)當(dāng)中，若RAM中的一些數(shù)據(jù)丟失，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生癱瘓或者是工作受到重要的影響。第四，必須要保證硬件設(shè)備的質(zhì)量水平能夠緊跟當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展，因?yàn)檐浖垢蓴_技術(shù)對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只是一種輔助手段，那么整個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)的干擾性能提升還主要來(lái)自于硬件系統(tǒng)。就用簡(jiǎn)單的案例來(lái)講，如果抗干擾的信號(hào)較為微弱時(shí)，這時(shí)采取軟件抗干擾系統(tǒng)就能夠?qū)⑵涓蓴_信號(hào)屏蔽，或者是對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果干擾信號(hào)過(guò)于強(qiáng)大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致很多的信號(hào)加入通訊信道，使其他信號(hào)與此信號(hào)混雜在一起，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生癱瘓，所以，軟件抗干擾信號(hào)的開發(fā)和應(yīng)用，對(duì)于硬件基礎(chǔ)條件的依賴較強(qiáng)[8]。

3 常見的干擾現(xiàn)象及其軟件抗干擾措施

3.1 數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)誤差

發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)誤差時(shí)，那么則說(shuō)明外來(lái)的干擾信號(hào)就特別的強(qiáng)悍，甚至影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)這種問題的出現(xiàn)會(huì)伴隨著電源電壓發(fā)生干擾問題，嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)可控硅閘鎖現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的主要工作是由于a/d轉(zhuǎn)化器正常使用時(shí)，電源電壓驟增，芯片溫度會(huì)提高，時(shí)間一長(zhǎng)芯片就會(huì)燒壞。解決這類措施的主要方法是在芯片電源入口處添加相關(guān)的藕濾波電路，在電源電壓驟增的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)濾波影響著輸出的信號(hào)，把控整個(gè)電源電壓的線性穩(wěn)定度和精度，當(dāng)前對(duì)于濾波措施的主要算法包括有算術(shù)平均值法，比較取舍法，數(shù)字濾波法等等，而這些方法可以采取軟件濾波的方式，消除數(shù)據(jù)采集過(guò)程當(dāng)中的誤差，因此解決成本相對(duì)較低[9]。

3.2 計(jì)算機(jī)狀態(tài)控制失靈

在計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的正常輸出時(shí)，若出現(xiàn)狀態(tài)失靈，有可能受到了干擾信號(hào)的入侵，這種干擾信號(hào)的入侵途徑有兩種，第一種是干擾改變了微機(jī)系統(tǒng)的輸入條件，造成整個(gè)電腦用血系統(tǒng)的紊亂，第二可能是由于控制信號(hào)輸出正常，但是干擾侵入之后，會(huì)造成后下通道上的主要優(yōu)先輸出器件發(fā)生改變，進(jìn)而影響了正常的輸出狀態(tài)。若在實(shí)際工作過(guò)程當(dāng)中遇到類似的問題，處理的方法有減少控制對(duì)象或輸出方式所帶來(lái)的干擾。目前采取軟件抗干擾的主要方式包括有軟件冗余設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軟件看門狗等等。集中軟件融于設(shè)計(jì)，是通過(guò)對(duì)控制條件進(jìn)行一次采樣處理控制輸出改變?yōu)檠h(huán)采樣，多次控制輸出等方式，盡量避免一次干擾而引起整個(gè)系統(tǒng)的紊亂。而軟件看門狗，則是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的某一個(gè)特定儲(chǔ)存單元之內(nèi)設(shè)計(jì)相關(guān)的監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)問題，則能夠進(jìn)行自動(dòng)糾錯(cuò)復(fù)位，保證整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中信息儲(chǔ)存運(yùn)算輸出的穩(wěn)定性。

3.3 RAM數(shù)據(jù)篡改

若干擾信號(hào)入侵信號(hào)通道時(shí)，則有可能造成RAM的儲(chǔ)存器可讀性出現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而出現(xiàn)數(shù)據(jù)的篡改問題，使整個(gè)系統(tǒng)不能夠正常工作。而整個(gè)單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，RAM數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)眾多，所以對(duì)于RAM區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)生改變問題所采取的主要方式，應(yīng)該從軟件和硬件兩個(gè)方面入手。在硬件方面對(duì)于單片機(jī)的復(fù)位直流工作電源能夠通過(guò)硬件的電路所實(shí)現(xiàn)，若在硬件設(shè)備上加入電源的濾波器，能夠直接影響到整個(gè)干擾信號(hào)的插入問題，保證整個(gè)復(fù)位電路的可靠工作，起到一定的濾波脈沖作用。而在軟件方面，單片機(jī)內(nèi)特殊功能寄存器的狀態(tài)很難進(jìn)行復(fù)位操作，所以軟件編程上盡量做到實(shí)時(shí)刷新，對(duì)于一些特別重要的數(shù)據(jù)區(qū)，要增加相關(guān)的復(fù)制保存軟件程序，以便實(shí)時(shí)查詢穩(wěn)定的RAM數(shù)據(jù)下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若出現(xiàn)問題可進(jìn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)糾正[10]。

4 結(jié)論

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人們?cè)絹?lái)越重視系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。為了能夠保證計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的穩(wěn)定，研究表明硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的相互配合，是提高當(dāng)前測(cè)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的有力措施。但鑒于目前人們對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件測(cè)控系統(tǒng)的干擾尚處于一個(gè)研究的發(fā)展階段，在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所出現(xiàn)的很多問題，還需要進(jìn)行深入的研發(fā)，以期待不斷的提高軟硬件抗干擾的能力保證計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。