单片机基础及应用-指令冗余技术

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：MCS-51的所有指令均不超过3个字节，且多为单字节指令。为了使“乱飞”程序在程序区迅速纳入正轨，应在编程时多用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令NOP，或将有效单字节指令重写，称之为指令冗余。需要注意的是，乱飞的PC必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令才能使PC纳入正确轨道。

MCS-51的所有指令均不超过3个字节，且多为单字节指令。指令由操作码和操作数两部分组成，操作码指明CPU完成什么样的操作（如传送、算术运算、转移等），操作数是操作码的操作对象（如立即数、寄存器、存储器等）。单字节指令只有操作码，隐含操作数；双字节指令第一个字节是操作码，第二个字节是操作数；3字节指令第一个字节为操作码，后两个字节为操作数。CPU取指令的过程是先取操作码，后取操作数。某个数据是操作码还是操作数完全由取指令顺序决定。CPU复位后，首先取指令的操作码，尔后顺序取出操作数。当一条完整指令执行完后，紧接着取下条指令的操作码和操作数，这些操作时序完全由程序计数器PC控制。因此，一旦PC因干扰而出现错误，程序便脱离正常运行轨道“乱飞”，出现操作数数值改变以及将操作数当做操作码的错误。当程序“乱飞”到某个单字节指令上时，便自己自动纳入正轨；当“乱飞”到某个双字节指令上时，若恰恰在取指令时刻落到其操作数上，就会将操作数当做操作码，程序仍将出错；当程序“乱飞”到某个三字节指令上时，因为它们有两个操作数，误将操作数当做操作码的出错概率更大。

为了使“乱飞”程序在程序区迅速纳入正轨，应在编程时多用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令NOP，或将有效单字节指令重写，称之为指令冗余。

1．NOP的使用

可在双字节指令和三字节指令之后插入两个单字节NOP指令，以保证其后的指令不被拆散。因为“乱飞”的程序即使落到操作数上，由于两个空操作指令NOP的存在，不会将其后的指令当做操作数执行，从而使程序纳入正轨。

对程序流向起决定作用的指令（如RET、ACALL、LJMP、JZ等）和某些对系统工作状态起重要作用的指令（如SETB EA等）之前插入两条NOP指令，可保证乱飞程序迅速纳入轨道，确保这些指令正确执行。(https://www.chuimin.cn)

2．重要指令冗余

对程序流向起决定作用的指令（如RET、ACALL、LJMP、JZ等）和某些对系统工作状态起重要作用的指令（如SETB EA等）的后面，可重复写上这些指令，以确保这些指令正确执行。

需要注意的是，乱飞的PC必须指向程序运行区，并且必须执行到冗余指令才能使PC纳入正确轨道。

单片机基础及应用-指令冗余技术

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