成爲一個正式的嵌入式主板開發工程師。它是一個艱辛的過程，需要開發人員維護和管理系統的每個比特和字節。從規範完善的開發周期到嚴格執行和系統檢查，開發高可靠性嵌入式系統的技術有許多種。今天給大家介紹7個易操作且可以長久使用的技巧，它們對于確保系統更加可靠地運行並捕獲異常行爲大有幫助。

技巧1——用已知值填充ROM

軟件開發人員往往都是非常樂觀的一群人，只要讓他們的代碼忠實地長時間地運行就可以了，僅此而已。微控制器跳出應用程序空間並在非預想的代碼空間中執行這種情況似乎是相當少有的。然而，這種情況發生的機會並不比緩存溢出或錯誤指針失去引用少。它確實會發生！發生這種情況後的系統行爲將是不確定的，因爲默認情況下內存空間都是0xFF，或者由于內存區通常沒有寫過，其中的值可能只有上帝才知道。

不过有相当完备的linker或IDE技巧可以用来帮助识别这样的事件并从中恢复系统。技巧就是使用FILL命令对未用ROM填充已知的位模式。要填充未使用的内存，有很多不同的可能组合可以使用，但如果是想建立更加可靠的系统，最明显的选择是在这些位置放置ISR fault handler。如果系统出了某些差错，处理器开始执行程序空间以外的代码，就会触发ISR，并在决定校正行动之前提供储存处理器、寄存器和系统状态的机会。

技巧2——檢查應用程序的CRC

對嵌入式工程師來說一個很大的好處是，我們的IDE和工具鏈可以自動産生應用程序或內存空間校驗和（Checksum），從而根據這個校驗和驗證應用程序是否完好。有趣的是，在許多這些案例中，只有在將程序代碼加載到設備時，才會用到校驗和。

然而，如果CRC或校驗和保持在內存中，那麽驗證應用程序在啓動時（或甚至對長時間運行的系統定期驗證）是否仍然完好是確保意外之事不會發生的極好途徑。現在一個編程過的應用程序發生改變的概率是很小的，但考慮每年交付的數十億個微控制器以及可能惡劣的工作環境，應用程序崩潰的機會並不是零。更有可能的是，系統中的一個缺陷可能導致某一扇區發生閃存寫入或閃存擦除，從而破壞應用程序的完整性。

技巧3——在啓動時執行RAM檢查

爲了建立一個更加可靠和紮實的系統，確保系統硬件正常工作非常重要。畢竟硬件會發生故障。（幸運的是軟件永遠不會發生故障，軟件只會做代碼要它做的事，不管是正確的還是錯誤的）。在啓動時驗證RAM的內部或外部沒有問題，是確保硬件可以如預期般運作的一個好方法。

有许多不同的方法可用于执行RAM检查，但常用的方法是写入一个已知的模式，然后等上一小段时间再回读。结果应该是所读就是所写。真相是，在大多数情况下 RAM检查是通过的，这也是我们想要的结果。但也有极小的可能性检查不通过，这时就为系统标示出硬件问题提供了极好的机会。

技巧4——使用堆棧監視器

對許多的嵌入式開發者而言，堆棧似乎是一股相當神秘的力量。當奇怪的事情開始發生，工程師終于被難倒了，他們開始思考，也許堆棧中發生了什麽事。結果是盲目地調整堆棧的大小和位置等等。但該錯誤往往是與堆棧無關的，但怎能如此確定？畢竟，有多少工程師真的實際執行過最壞情況下的堆棧大小分析？

堆棧大小是在編譯時就靜態分配好的，但堆棧是以動態的方式使用的。隨著代碼的執行，應用程序需要的變量、返回的地址和其它信息被不斷存儲在堆棧中。這種機制導致堆棧在其分配的內存中不斷增長。然而，這種增長有時會超出編譯時確定的容量極限，導致堆棧破壞相鄰內存區域的數據。

絕對確保堆棧正常工作的一種方法是實現堆棧監視器，將它作爲系統“保健”代碼的一部分（有多少工程師會這樣做？）。堆棧監視器會在堆棧和“其它”內存區域之間創建一個緩沖區域，並填充已知的位模式。然後監視器會不斷的監視圖案是否有任何變化。如果該位模式發生了改變，那就意味著堆棧增長得太大了，即將要把系統推向黑暗地獄！此時監視器可以記錄事件的發生、系統狀態以及任何其它有用的數據，供日後用于問題的診斷。

大多數實時操作系統（RTOS）或實現了內存保護單元（MPU）的微控制器系統中都提供有堆棧監視器。可怕的是，這些功能默認都是關閉狀態，或者經常被開發人員有意關閉。在網絡上快速搜尋一下可以發現，很多人建議關閉實時操作系統中的堆棧監視器以節省56字節的閃存空間等等，這可是得不償失的做法！

技巧5 - 使用MPU

在过去，是很难在一个小而廉价的微控制器中找到内存保护单元（MPU）的，但这种情况已经开始改变。现在从高端到低端的微控制器都已经有MPU，而这些 MPU为嵌入式软件开发人员提供了一个可以大幅提高其固件（firmware）鲁棒性（robustness）的机会。

MPU 已逐渐与操作系统耦合，以便建立内存空间，其中的处理都分开，或任务可执行其代码，而不用担心被stomped on。倘若真有事情发生，不受控制的处理会被取消，也会执行其他的保护措施。请留意带有这种组件的微控制器，如果有，请多加利用它的这种特性。

技巧6 - 建立一个强大的看门狗系统

你经常会发现的一种总是最受喜爱的看门狗（watchdog）实现是，在看门狗被启用之处（这是一个很好的开始），但也是可以用周期性定时器将该看门狗清零之处；定时器的启用是完全与程序中出现的任何情况隔离的。使用看门狗的目的是协助确保如果出现错误，看门狗不会被清零，即当工作暂停，系统会被迫去执行硬件重设定（hardware reset），以便恢复。使用与系统活动独立的定时器可以让看门狗保持清零，即使系统已失效。

对应用任务如何整合到看门狗系统中，嵌入式开发人员需要仔细考虑和设计。例如，有种技术可能可以让每个在一定时期内运行的任务标示它们可以成功地完成其任 务。在此事件中，看门狗不被清零，强制被复位。还有一些比较先进的技术，像是使用外部看门狗处理器，它可用来监视主处理器如何表现，反之亦然。对一个可靠的系统而言，建立一个强大的看门狗系统是很重要的。

技巧7 - 避免易失存储器分配

不习惯在资源有限环境下工作的工程师，可能会试图使用其编程语言的特性，这种语言让他们可以使用易失存储器分配。毕竟，这是一种常在计算器系统中使用的技术，在计算器系统中，只有在有必要时，内存才会被分配。例如，以C开发时，工程师可能倾向于使用malloc来分配在堆（heap）上的空间。有一个操 作会执行，一旦完成，可以使用free将被分配的内存返回，以便堆的使用。

在资源受限的系统，这可 能是一场灾难！使用易失存储器分配的其中一个问题是，错误或不当的技术可能会导致内存泄漏或内存碎片。如果出现这些问题时，大多数的嵌入式系统并没有 资源或知识来监视堆或妥善地处理它。而当它们发生时，如果应用程序提出对空间的要求，但却没有所请求的空间可以使用，会发生什么事呢？

使用易失存储器分配所产生的问题是很复杂的，要妥善处理这些问题，可以说是一个噩梦！一种替代的方法是，直接以静态的方式，简化内存的分配。例如，只要在 程序中简单地建立一个大小为256字节长的缓冲区，而不是经由malloc请求这样大小的内存缓冲区。此一分配的内存可在整个应用程序的生命周期期 间保持，且不会有堆或内存碎片问题方面的顾虑。

以上嵌入式開發的教程可以讓開發技術的人員獲取更好嵌入式系統的辦法。所有這些技術都是讓設計者可以開發出可靠性更高嵌入式系統的秘訣。

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