浅谈微电子故障校验

洪伟鸿 邓天军

（广东美的暖通设备有限公司，广东 佛山 528311）

浅谈微电子故障校验

洪伟鸿 邓天军

（广东美的暖通设备有限公司，广东 佛山 528311）

本文详细介绍了软件安全认证中微电子故障校验原理，并举例说明微电子故障校验的方法，提升家用电器安全性能。

软件安全认证；IEC60730；微电子故障；微控制器MCU

1 微电子故障校验方法说明

微电子故障校验主要是针对微控制器MCU本身内部微电子故障的校验或检测，包括：RAM，ROM，Stack，register，A/D，interrupt，clock等校验，但微控制器出现了微电子故障时，最有效的操作是将微控制器复位，关闭有可能造成人员伤害的器件。下面以NEC单片机为例，对微电故障校验做一个详细的说明

1.1 RAM校验。其一，在上电是对整个RAM区域进行校验。一是将RAM分为3个区域：0xfb00～0fcff，0xfd00～0xfe1f，0xfe20～0xfedf。二是分别对这3个区域进行校验，需要注意的是：由于我们用到的堆栈是在0xfd00～0xfe1f这个区域，而校验的过程中单片机又需要使用堆栈区，所以在校验这个区域的之前，需要将堆栈指针重新制定到已经校验合格的区域上去（例如0xfb00～0fcff），在校验完该区域后，重新将堆栈指针恢复为0xfe20，再进行第三区域(0xfe20～0xfedf)的校验。三是校验的步骤如下：①将校验区域的RAM清零。②由低地址开始，比较RAM是否为0，如果是，将RAM改写为0xffff，继续下一单元的校验，否则报错。③由低地址开始，比较RAM是否为0xffff，如果是，将RAM改写为0x0，继续下一单元的校验，否则报错。④由低地址开始，比较RAM是否为0，如果是，将RAM改写为0xaaaa，继续下一单元的校验，否则报错。⑤由低地址开始，比较RAM是否为0xaaaa，如果是，将RAM改写为0x5555，继续下一单元的校验，否则报错。⑥由低地址开始，比较RAM是否为0x5555，如果是，将RAM改写为0x0，继续下一单元的校验，否则报错。一旦发现RAM有错，单片机复位。其二，在主循环，分次校验RAM，采用非破坏性的March X校验，保证在安全时间内，可以将整个RAM区域校验完（目前为9s完成整个RAM区域校验）。其三，一旦发现校验不合格，则MCU复位。

1.2 ROM校验。在上电是对整个ROM区域进行CRC校验。一是在主循环，分次校验ROM，保证在安全时间内，可以将整个ROM区域校验完（目前为19s完成整个ROM区域校验。二是一旦发现校验不合格，则MCU复位。

1.3 Stack校验。假定堆栈的范围为0xfd80～0xfe1f，在初始化时，在0xfd70～0xfd7f写入一串带CRC16校验的字符。在主循环中，周期性的对0xfd70～0xfd7f进行校验，如果堆栈溢出，则该区域的信息必定改变，CRC16校验和将被改变，一旦发现堆栈溢出，单片机将复位。

1.4 Register校验。周期性对通用寄存器AX，BC，DE，HL进行校验，如果校验不通过，则MCU复位。寄存器校验的方法可采用如下方法：一是将0xAAAA写入AX。二是比较AX的值是否为0xAAAA。（3）如果为0xAAAA，则继续，否则寄存器有故障。四是将0x5555写入AX。五是比较AX的值是否为0x5555。六是如果为0x5555，则继续，否则寄存器有故障。七是寄存器BC，DE和HL的校验方法和AX的一样。八是认证要求在初始化和主循环时都要对寄存器进行校验。

1.5 A/D校验。其一，确保A/D转换正确。增加一个A/D电路检测端口的电压值，正常情况下是在2.5V左右，为了满足+/-4F的要求（略高于UL+/-5F的要求），我们会一直检测该电路的电压，加入电压不在2.4V～2.6V范围内，则代表检测A/D检测出现了问题，MCU需要作出相应的保护动作，我们选择的是复位。其二，确保A/D通道选择不会出错。由于大部分微控制器内部都只有一个或者两个A/D转换器，通过选择不同的A/D通道来读取不同A/D转换引脚的A/D转换结果，确保A/D通道选择正确的最简单方法就是在每次A/D通道切换后，对A/D通道寄存器在进行一次校验即可，如果A/D通道寄存器不是我们所希望的值，则表示A/D通道切换出现了问题，微控制器需要作出相应的保护动作

1.6 Interrupt校验。Interrupt校验主要是针对定时中断的校验，必须确保定时中断能够进入：设置一个标志，在进入定时中断时，将这个标志设为1，利用软件看门狗的复位功能，在喂狗之前，判断该标志是否为1，如果不为1，则不进行喂狗，系统在一段时间内不喂狗，MCU将复位，流程图如下：

1.7 Clock。只要能够确保软件在半频和倍频的情况下，机器不会造成人员伤害，同时在安全时间内能够确保所有safety functions都能够顺利校验一遍。最常用的办法有过零检测，对比内置晶振，对比外置RC电路，利用外部通讯等办法。

2 结语

当对微控制器MCU的微电子故障进行有效校验后，即使微控制器MCU内部出现问题，微控制器还可以有效的关闭有可能造成危害的器件，使得家电的安全性进一步提高。

[1]王新洁.浅谈程控交换机故障排除的方法[J].机械信息，2012（1）.

TN407

A

1671-0037（2014）07-82-1

洪伟鸿（1979.1-），本科，研究方向：电机控制。