In der Entwicklung von Mikrocontroller-Anwendungen stellen Probleme wie Codeeffizienz, Störfestigkeit und Zuverlässigkeit weiterhin Herausforderungen für Ingenieure dar. Um Ingenieure bei der Bewältigung dieser Herausforderungen zu unterstützen, lud die Website *Electronic Engineering Times* Herrn Deng Hongjie, Leiter der Entwicklungsabteilung von Holtek Hong Kong, als Gastredner zum Forum „Programmiertechniken für Mikrocontroller-Anwendungen“ ein, um sich mit Entwicklungsingenieuren über ihre Erfahrungen im Mikrocontroller-Design und in der -Entwicklung auszutauschen. Basierend auf den Diskussionen im Forum werden im Folgenden einige grundlegende Techniken zusammengefasst, die in der Mikrocontroller-Entwicklung beherrscht werden sollten. I. Wie lässt sich die Effizienz von C-Programmiercode verbessern? Deng Hongjie wies darauf hin, dass die Verwendung von C für die Mikrocontroller-Programmierung ein unaufhaltsamer Trend in der Mikrocontroller-Entwicklung und -Anwendung ist. Er betonte: „Um beim Programmieren in C die höchste Effizienz zu erreichen, ist es ratsam, sich mit dem verwendeten C-Compiler vertraut zu machen. Experimentieren Sie zunächst mit der Anzahl der Assembler-Anweisungen, die nach der Kompilierung jeder C-Anweisung entsprechen. Dies zeigt deutlich die Effizienz. Verwenden Sie in zukünftigen Programmen die Anweisungen mit der höchsten Kompilierungseffizienz.“ Er wies darauf hin, dass sich verschiedene C-Compiler unterscheiden und daher auch die Kompilierungseffizienz variiert. Die Codelänge und Ausführungszeit eines exzellenten C-Compilers für eingebettete Systeme sind nur 5–20 % länger als bei derselben Funktionalität in Assemblersprache. Er sagte: „Für komplexe Projekte mit engen Entwicklungsfristen kann C verwendet werden, jedoch nur, wenn man mit der C-Sprache und dem C-Compiler des MCU-Systems sehr vertraut ist und insbesondere auf die vom C-Compiler unterstützten Datentypen und Algorithmen achtet. Obwohl C die gebräuchlichste höhere Programmiersprache ist, verwenden verschiedene MCU-Hersteller unterschiedliche C-Compiler, insbesondere für die Ausführung bestimmter Funktionsmodule. Wer diese Eigenschaften nicht versteht, stößt daher auf viele Debugging-Probleme, was zu einer geringeren Ausführungseffizienz als bei Assemblersprache führt.“ II. Wie lassen sich Programmfehler reduzieren? Deng Hongjie gab einige Vorschläge zur Reduzierung von Programmfehlern. Er wies darauf hin, dass die folgenden Parameter für das Management von Grenzwertüberschreitungen während des Systembetriebs berücksichtigt werden sollten: 1. Physikalische Parameter. Diese Parameter sind hauptsächlich die Eingangsparameter des Systems, einschließlich Anregungsparameter, Betriebsparameter während der Datenerfassung und -verarbeitung sowie Ergebnisparameter nach Abschluss der Verarbeitung. Diese Grenzen sollten sinnvoll festgelegt und Parameter, die diese Grenzen überschreiten, als anormale Anregungen oder Reaktionen zur Fehlerbehandlung behandelt werden. 2. Ressourcenparameter. Diese Parameter sind hauptsächlich die Ressourcen von Schaltungen, Geräten und Funktionseinheiten im System, wie z. B. Speicherkapazität, Speicherzellenlänge und Stapeltiefe. Bei der Programmentwicklung sollten Ressourcenparameter nicht außerhalb ihres Bereichs verwendet werden. 3. Anwendungsparameter. Diese Anwendungsparameter manifestieren sich oft als Anwendungsbedingungen für Mikrocontroller und Funktionseinheiten. Beispiele hierfür sind die Grenzen von Anwendungsparametern wie die Anzahl der Lösch-/Schreibzyklen und die Datenspeicherzeit für E2PROM. 4. Prozessparameter. Dies sind Parameter, die sich während des Systembetriebs geordnet ändern. III. Wie lässt sich das Problem der Mikrocontroller-Interferenz lösen? Deng Hongjie weist darauf hin, dass die effektivste Methode zur Vermeidung von Interferenzen darin besteht, die Interferenzquelle zu entfernen und den Interferenzpfad zu blockieren, was jedoch oft schwer zu erreichen ist. Daher hängt es davon ab, ob die Störfestigkeit des Mikrocontrollers ausreichend ist. Das häufigste Phänomen von Mikrocontroller-Störungen ist ein Reset. Bei Programmabstürzen können Software-Traps und Watchdog-Timer das Programm in den Reset-Zustand zurückversetzen. Daher ist die korrekte Behandlung des Reset-Zustands der wichtigste Aspekt der softwareseitigen Störfestigkeit eines Mikrocontrollers. Mikrocontroller verfügen in der Regel über Flag-Register, mit denen die Reset-Ursache ermittelt werden kann. Alternativ können Sie auch selbst Flags im RAM implementieren. Durch die Auswertung dieser Flags bei jedem Programm-Reset lassen sich verschiedene Reset-Ursachen bestimmen. Basierend auf den verschiedenen Flags können Sie auch direkt zum entsprechenden Programmabschnitt springen. Dies gewährleistet die Kontinuität der Programmausführung, und der Benutzer bemerkt den Reset nicht. IV. Wie testet man die Zuverlässigkeit eines Mikrocontroller-Systems? Einige Leser möchten vielleicht wissen, welche Methoden zur Prüfung der Zuverlässigkeit eines Mikrocontroller-Systems verwendet werden. Deng Hongjie erklärt: „Nach Abschluss der Entwicklung eines Mikrocontrollersystems werden je nach Produkt unterschiedliche Tests durchgeführt, einige sind jedoch unerlässlich: 1. Funktionsprüfung der Mikrocontroller-Software. Hierbei werden alle Funktionen des Mikrocontrollersystems geprüft, um sicherzustellen, dass die Software korrekt und vollständig implementiert ist. 2. Ein- und Ausschalttests. Im Betrieb kommt es unweigerlich zu Ein- und Ausschaltvorgängen. Mehrere Ein- und Ausschaltzyklen prüfen die Zuverlässigkeit des Mikrocontrollersystems. 3. Alterungstests. Diese Tests prüfen die Zuverlässigkeit des Mikrocontrollersystems im Langzeitbetrieb. Bei Bedarf können Tests in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hohem Druck und starken elektromagnetischen Störungen durchgeführt werden. 4. ESD- und EFT-Tests. Verschiedene Störsimulatoren können eingesetzt werden, um die Zuverlässigkeit des Mikrocontrollersystems zu prüfen. Beispielsweise kann ein elektrostatischer Simulator verwendet werden, um die ESD-Festigkeit des Mikrocontrollersystems zu testen; ein Stoßwellensimulator kann für EFT-Tests (Fast Pulse Interference) eingesetzt werden.“ Deng Hongjie betont: „Es kann auch mögliche Schäden während des Gebrauchs simulieren.“ Beispielsweise kann die antistatische Eigenschaft des Mikrocontrollersystems getestet werden, indem man die Kontaktstellen absichtlich mit dem Körper oder Kleidung reibt. Der Betrieb einer leistungsstarken Bohrmaschine in der Nähe des Mikrocontrollersystems ermöglicht die Prüfung seiner elektromagnetischen Störfestigkeit. Zugehörigkeit des Autors: Navitas Machinery (Suzhou) Co., Ltd. Adresse: 4A, Kuachun Industrial Park, Kuatang Town, Suzhou Industrial Park, 215122, China. E-Mail: [email protected]