[发明专利]一种多中断嵌入式程序的高可靠性设计方法

说明书

一种多中断嵌入式程序的高可靠性设计方法是一种用于提高带有多个中断需求的嵌入式高级语言软件安全可靠的方法。在带有多中断需求的嵌入式软件运行过程中通常会出现由于中断某些变量被异常修改，导致程序行为与预期不一致的现象，为了解决这种问题，一般选择对变量进行多次赋值等类似的处理方法来确保即使变量被异常修改，也可以将其改正回来，以避免引起功能异常。本发明所述方法包括确定临界区的方法，以及如何对临界区进行访问两个方面，大大提高嵌入式软件运行的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种多中断嵌入式程序的高可靠性设计方法，用于对无操作系统的情况下，多中断配置的嵌入式程序的可靠性设计，解决在多中断随机运行的情况下，存在多中断异步随机访问冲突时的程序可靠性提高的问题。

背景技术

随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，单个芯片的处理能力增强和集成接口的愈加丰富，使得嵌入式系统的应用获得了较大的增长。嵌入式系统的设计核心在于运行于微处理器或单片机中的具有特定功能的软件程序。随着嵌入式系统的需求越来越复杂，运行于微处理器中的程序规模也越来越大，所运行的逻辑也越来越复杂。嵌入式操作系统的引入部分地减轻了嵌入式应用软件开发程序员的负担，但对于实时性要求较高的应用领域，无操作系统的嵌入式程序还是被作为首选设计方案。如此，嵌入式程序的可靠性和安全性设计就变得更加重要。微处理器除了进行与应用相关的一些算术逻辑运算外，其最主要的功能就是响应外部输入。通常微处理器有三种响应外界输入的方法：查询、中断以及DMA，其中中断是一种常用且方便的设计方式。但中断在使用过程中就会涉及到临界区的访问问题。若同一个变量在中断中以及中断外均在进行修改且访问时不加保护，那么程序的运行逻辑很可能与设计者的设计目标不同，甚至会对系统功能造成较大影响或危害。随着嵌入式软件功能的复杂性增加，这个问题会变得更加严重，且临界区的识别也会变得更加困难。更困难的是，在程序的运行过程中，临界区访问冲突造成的程序功能异常问题会以小概率的情况下随机出现，这会给调试过程带来巨大的人力物力成本。

发明内容

本发明主要面向嵌入式程序设计领域，提出一种多中断嵌入式程序的高可靠性设计方法，主要解决了多中断嵌入式程序设计中临界区的识别与安全访问问题。

本发明的主要技术方案如下：一种多中断嵌入式程序的高可靠性设计方法，通过解决多中断嵌入式程序中的异步随机访问冲突，防止程序运行结果的不确定性，提高程序设计可靠性。

进一步的，解决多中断嵌入式程序中的异步随机访问冲突通过下述方式实现：

首先识别多中断嵌入式程序的临界区；

然后，在同一时刻避免多个处理角色同时访问临界区的原则，对临界区进行访问控制；所述的处理角色包括中断处理程序和主程序两种类型。

进一步的，所述的临界区可以通过如下步骤确定：

步骤1，搜索多中断嵌入式程序中所涉及到的所有全局变量、硬件接口，将搜索的结果作为公共资源；

步骤2，将步骤1中的所有公共资源按照下述定义分为三类：

第一类，所有处理角色均只对其进行读操作；

第二类，只有一个处理角色对其进行写操作，其他处理角色仅仅对进行读操作；

第三类，多于一个处理角色对其进行写操作；

步骤3，对于第一类资源，无临界区定义；

对于第二类资源，当读取公共资源作为条件、并用于是否进行后续操作判断时，需要将读取部分和后续操作部分同时作为临界区，其中用于判断的公共资源定义为该临界区的焦点资源；

对于第三类资源，在更改公共资源的时候需要将写操作的全部过程作为临界区，其中用于判断的公共资源定义为该临界区的焦点资源。