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【正文】 interference. 從無(wú)線電世界到單片機(jī)世界 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。在電子世界領(lǐng)域，從 20 世紀(jì)中的無(wú)線電時(shí)代也進(jìn)入到 21 世紀(jì)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為中心的智能化現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本核心是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng) )，而單片機(jī)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。 一、 無(wú)線電世界造就了幾代英才 在 20 世紀(jì)五六十年代，最具代表的先進(jìn)的電子技術(shù)就是無(wú)線電技術(shù)，包括無(wú)線 電廣播、收音、無(wú)線通信 (電報(bào) )、業(yè)余無(wú)線電臺(tái)、無(wú)線電定位、導(dǎo)航等遙測(cè)、遙控、遙信技術(shù)。早期就是這些電子技術(shù)帶領(lǐng)著許多青少年步入了奇妙的電子世界，無(wú)線電技術(shù)展示了當(dāng)時(shí)科技生活美妙的前景。電子科學(xué)開(kāi)始形成了一門(mén)新興學(xué)科。無(wú)線電電子學(xué)、無(wú)線通信開(kāi)始了電子世界的歷程。 無(wú)線電技術(shù)不僅成為了當(dāng)時(shí)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表，而且從普及到專業(yè)的科學(xué)領(lǐng)域，吸引了廣大青少年，并使他們從中找到了無(wú)窮的樂(lè)趣。從床頭的礦石收音機(jī)到超外差收音機(jī)；從無(wú)線電發(fā)報(bào)到業(yè)余無(wú)線電臺(tái)；從電話、電鈴到無(wú)線電操縱模型。無(wú)線電技術(shù)成為當(dāng)時(shí)青少年科普、科 技教育最普及、最廣泛的內(nèi)容。至今，許多老一輩的工程師、專家、教授當(dāng)年都是無(wú)線電愛(ài)好者。無(wú)線電技術(shù)的無(wú)窮樂(lè)趣、無(wú)線電技術(shù)的全面訓(xùn)練，從電子學(xué)基本原理、 電子元器件 基礎(chǔ)到無(wú)線電遙控、遙測(cè)、遙信電子系統(tǒng)制作，培養(yǎng)出了幾代科技英才。 二、 從無(wú)線電時(shí)代到電子技術(shù)普及時(shí)代 早期的無(wú)線電技術(shù)推動(dòng)了電子技術(shù)的發(fā)展，其中最主要的是真空管電子技術(shù)向半導(dǎo)體電子技術(shù)的發(fā)展。半導(dǎo)體電子技術(shù)使 有源器件 實(shí)現(xiàn)了微小型化和低成本，使無(wú)線電技術(shù)有了更大普及和創(chuàng)新，并大大地開(kāi)闊了許多非無(wú)線電的控制領(lǐng)域。 半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致集成電路器件的產(chǎn)生，形成了近代電子技術(shù)的飛躍，電子技術(shù)從分立器件時(shí)代走進(jìn)了電路集成時(shí)代。 電子設(shè)計(jì) 工程師不再用分立的電子元器 件設(shè)計(jì)電路單元，而直接選擇集成化的電路單元器件構(gòu)成系統(tǒng)。他們從電路單元設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，致力于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大地解放了科技生產(chǎn)力，促進(jìn)了電子系統(tǒng)更大范圍的普及。 半導(dǎo)體集成電路首先在基本數(shù)字邏輯電路上取得突破。大量數(shù)字邏輯電路，如門(mén)電路、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、移位寄存器以及模擬開(kāi)關(guān)、比較器等，為電子數(shù)字控制提供了極佳的條件，使傳統(tǒng)的機(jī)械控制轉(zhuǎn)向電子控制。功率電子器件以及傳感技術(shù)的發(fā)展使原先以無(wú)線電為中心的電子技術(shù)開(kāi)始轉(zhuǎn)向工程領(lǐng)域中的機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字控制，檢測(cè)領(lǐng)域中的信息采集，運(yùn)動(dòng)機(jī)械對(duì)象的電氣伺服驅(qū)動(dòng)控制。 半導(dǎo)體 及其集成電路技術(shù)將我們帶入了一個(gè)電子技術(shù)普及時(shí)代，無(wú)線電技術(shù)成為電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)部分。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，促進(jìn)了常規(guī)的電子電路單元的專用電子系統(tǒng)發(fā)展。許多專用電子系統(tǒng)單元變成了集成化器件，如收音機(jī)、電子鐘、計(jì)算器等，在這些領(lǐng)域的 電子工程師 從電路、系統(tǒng)的精心設(shè)計(jì)、調(diào)試轉(zhuǎn)變?yōu)槠骷x擇、外圍器件適配工作。電子技術(shù)發(fā)展了，電子產(chǎn)品豐富了，電子工程師的難 度減少了，但與此同時(shí)，無(wú)線電技術(shù)、電子技術(shù)的魅力卻削弱了。半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展使經(jīng)典電子系統(tǒng)日趨完善，留在大規(guī)模集成電路以外的電子技術(shù)日益減少，電子技術(shù)沒(méi)有了往昔無(wú)線電時(shí)代的無(wú)窮樂(lè)趣和全面的工程訓(xùn)練。 三、 從經(jīng)典電子技術(shù)時(shí)代到現(xiàn)代電子技術(shù)時(shí)代 進(jìn)入 20世紀(jì) 80 年代，世紀(jì)經(jīng)濟(jì)中最重要的變革是計(jì)算機(jī)的產(chǎn)業(yè)革命。而計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)革命的最重要標(biāo)志則是計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用的誕生。近代電子計(jì)算機(jī)是應(yīng)數(shù)值計(jì)算要求誕生的。在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，電子計(jì)算機(jī)都是以發(fā)展海量數(shù)值計(jì)算為己任。但是電子計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出的邏輯運(yùn)算、處理、控制能力， 吸引了電子控制領(lǐng)域的專家，他們要求發(fā)展能滿足控制對(duì)象要求，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如果將滿足海量數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，那么則可把嵌入到對(duì)象體系 (如艦船、飛機(jī)、機(jī)車(chē)等 )中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱作嵌入式計(jì)算機(jī)。顯而易見(jiàn)，兩者的技術(shù)發(fā)展方向是不同的。前者要求海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、吞吐、高速數(shù)據(jù)處理分析及傳輸；而后者要求在對(duì)象環(huán)境中可靠運(yùn)行，對(duì)外部物理參數(shù)的高速采集、邏輯分析處理和對(duì)外部對(duì)象的快速控制等。早期人們將通用計(jì)算機(jī)加上數(shù)據(jù)采集單元、輸出驅(qū)動(dòng)電路勉為其難地構(gòu)成一個(gè)熱處理爐的溫控系統(tǒng)。這樣的通用計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)不可能為大多數(shù)電子系統(tǒng)采用，而且要使通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)滿足嵌入式應(yīng)用要求，必然影響高速數(shù)值處理技術(shù)的發(fā)展。為了解決計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā) 展的矛盾，在 20 世紀(jì) 70 年代，半導(dǎo)體專家另辟蹊徑，完全按照電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用要求，將一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的基本系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，形成了早期的單片機(jī) (Single Chip Microputer)。單片機(jī)問(wèn)世后，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中開(kāi)始出現(xiàn)了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的兩大分支。此后，無(wú)論是嵌入式系統(tǒng)，還是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都得到了飛速的發(fā)展。 早期雖然有通用計(jì)算機(jī)改裝而成的嵌入式計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)，而真正意義上的嵌入式系統(tǒng)始于單片機(jī)的出現(xiàn)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是專門(mén)為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，單片機(jī)只能實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。單片機(jī)能最好地滿足嵌入式應(yīng)用的環(huán)境要求，例如，芯片級(jí)的物理空間、大規(guī)模集成電路的低價(jià)位、良好的外圍接口總線和突出控制功能的指令系統(tǒng)。 單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。因此，當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過(guò)渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。 四、 單片機(jī)開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代 1 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)源于計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用，早期 嵌入式系統(tǒng)為通用計(jì)算機(jī)經(jīng)改裝后嵌入到對(duì)象體系中的各種電子系統(tǒng)，如艦船的自動(dòng)駕駛儀，輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)首先是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其次它被嵌入到對(duì)象體系中、在對(duì)象體系中實(shí)現(xiàn)對(duì)象要求的數(shù)據(jù)采集、處理、狀態(tài)顯示、輸出控制等功能，由于嵌入在對(duì)象體系中，嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)沒(méi)有計(jì)算機(jī)的獨(dú)立形式及功能。單片機(jī)完全是按照嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的，因此單片機(jī)是最典型的嵌入式系統(tǒng)。早期的單片機(jī)只是按嵌入式應(yīng)用技術(shù)要求設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)單芯片集成，故名單片機(jī)。隨后，單片機(jī)為滿足嵌入式應(yīng)用要求不斷增強(qiáng)其控制功能與外圍接口功能，尤其是突出控 制功能，因此國(guó)際上已將單片機(jī)正名為微控制器 (MCU， Microcontroller Unit)。 2 單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)將成為主流電子系統(tǒng) 單片機(jī)是器件級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以嵌入到任何對(duì)象體系中去，實(shí)現(xiàn)智能化控制。小到微型機(jī)械，如手表、助聽(tīng)器。集成器件級(jí)的低價(jià)位，低到幾元、十幾元，足以使單片機(jī)普及到許多民用家電、電子玩具中去。單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐、電話、防盜系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)等。單片 機(jī)革新了原有電子系統(tǒng)，如微波爐采用單片機(jī)控制后， 可方便地進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置、程序記憶、功率控制；空調(diào)機(jī)采用單片機(jī)后不但遙控參數(shù)設(shè)置方便，運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)變換，還可實(shí)現(xiàn)變頻控制。目前許多家用電器如 VCD、 DVD只有單片機(jī)出現(xiàn)后才可能實(shí)現(xiàn)其功能。 3 嵌入式系統(tǒng)帶動(dòng)了整個(gè)電子產(chǎn)業(yè) 目前電子元器件產(chǎn)業(yè)除了微處理器、嵌入式系統(tǒng)器件外，大多是圍繞現(xiàn)代電子系統(tǒng)配套的元器件產(chǎn)業(yè)，例如滿足人機(jī)交互用的按鍵， LED/LCD顯示驅(qū)動(dòng)、 LED/LCD 顯示單 元、語(yǔ)音集成器件等，滿足數(shù)據(jù)采集通道要求的數(shù)字傳感器、 ADC、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊等，滿足伺服驅(qū)動(dòng)控制的 DAC、固體繼電器、 步進(jìn)電機(jī) 控制器、變頻控制單元等，滿足通信要求的各種總線驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器等。 世界電子元器件在嵌入式系統(tǒng)帶動(dòng)下，沿著充分滿足嵌入式應(yīng)用的現(xiàn)代電子系統(tǒng)要求發(fā)展。這就使原來(lái)經(jīng)典電子系統(tǒng)的天地愈來(lái)愈小。電子系統(tǒng)中的各類(lèi)從業(yè)人員應(yīng)盡早轉(zhuǎn)向現(xiàn)代電子系統(tǒng)的康莊 大道。 五、單片機(jī)將造就新一代電子精英 如果說(shuō)五十年代起，無(wú)線電世界造就了幾代精英，那么當(dāng)今的單片機(jī)世界將會(huì)造就出新一代電子精英。 1 單片機(jī)帶你進(jìn)入智能化電子領(lǐng)域 若將經(jīng)典電子系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)僵死的電子系統(tǒng)，那么智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)則是一個(gè)具有 “生命 ”的電子系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)給予電子系統(tǒng) “身軀 ”，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用程序賦予其 “生命 ”。例如，在設(shè)計(jì)智能化儀器顯示器的顯示功能時(shí)，可在開(kāi)機(jī)時(shí)顯示系統(tǒng)自檢結(jié)果，未進(jìn)入工作時(shí)顯示各種待機(jī)狀態(tài)，儀器運(yùn)行時(shí)顯示運(yùn)行過(guò)程，工作結(jié)束后可顯示當(dāng)前結(jié)果、自檢結(jié)果、原始數(shù)據(jù)、各種處理報(bào)表等。在無(wú)人值守時(shí)，可給定各種自動(dòng)運(yùn)行功能。 電子系統(tǒng)的智能化為無(wú)止境境界，常常不需硬件資源的增添就能實(shí)現(xiàn)各種翻新功能。這也是當(dāng)前許多家用電器功能大量增設(shè)的因素之一。 2 單片機(jī)帶你進(jìn)入計(jì)算機(jī)工控領(lǐng)域 21 世紀(jì)是全人類(lèi)進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代的世紀(jì)，許多人不是在制造計(jì)算機(jī)便是在使用計(jì)算機(jī)。在使用計(jì)算機(jī)的人們中，只有從事嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的 人才真正地進(jìn)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部軟、硬件體系中，才能真正領(lǐng)會(huì)計(jì)算機(jī) 的智能化本質(zhì)并掌握智能化設(shè)計(jì)的知識(shí)。從學(xué)習(xí) 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 入手是當(dāng)今培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟、硬件技術(shù)人才的最佳道路之一。 3 單片機(jī)帶你進(jìn)入最具魅力的電子世界 獨(dú)具魅力的單片機(jī)能使你體會(huì)到電腦的真諦，你可以用單片機(jī)親自動(dòng)手設(shè)計(jì)智能玩具，可以設(shè)計(jì)不同的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能。既有硬件制作又有軟件設(shè)計(jì)，既動(dòng)腦、又動(dòng)手。 初級(jí)水平可開(kāi)發(fā)智能玩具，用宏指令編程。中級(jí)水平可開(kāi)發(fā)一些智能控制器，如 電腦鼠 、智能車(chē)、各種遙控模型。高級(jí)水平可開(kāi)發(fā)機(jī)器人，如機(jī)器人足球賽，開(kāi)發(fā)工業(yè)控制單元，網(wǎng)絡(luò)通信等，并用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。圍繞單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)形成的電子產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，將會(huì)為電子愛(ài)好者提供廣闊的天地，一個(gè)比當(dāng)年無(wú)線電世界更廣闊、更豐富、更持久、更具魅力的電子世界。投身到單片機(jī)世界來(lái)，將使你一生受 益。 單片機(jī)攻擊技術(shù) 目前，攻擊單片機(jī)主要有四種技術(shù)，分別是： （１）軟件攻擊 該技術(shù)通常使用處理器通信接口并利用協(xié)議、加密算法或這些算法中的安全漏洞來(lái)進(jìn)行攻擊。軟件攻擊取得成功的一個(gè)典型事例是對(duì)早期ＡＴＭＥＬ ＡＴ８９Ｃ 系列單片機(jī)的攻擊。攻擊者利用了該系列單片機(jī)擦除操作時(shí)序設(shè)計(jì)上的漏洞，使用自編程序在擦除 加密鎖 定位后，停止下一步擦除片內(nèi)程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)的操作，從而 使加過(guò)密的單片機(jī)變成沒(méi)加密的單片機(jī)，然后利用編程器讀出片內(nèi)程序。 （２） 電子探測(cè)攻擊 該技術(shù)通常以高時(shí)間分辨率來(lái)監(jiān)控處理器在正常操作時(shí)所有電源和接口連接的模擬特性，并通過(guò)監(jiān)控它的電磁輻射特性來(lái)實(shí)施攻擊。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一個(gè)活動(dòng)的電子器件，當(dāng)它執(zhí)行不同的指令時(shí)，對(duì)應(yīng)的電源功率消耗也相應(yīng)變化。這樣通過(guò)使用特殊的電子測(cè)量?jī)x器和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析和檢測(cè)這些變化，即可獲取單片機(jī)中的特定關(guān)鍵信息。 （３）過(guò)錯(cuò)產(chǎn)生技術(shù) 該技術(shù)使用異常工作條件來(lái)使處理器出錯(cuò)，然后提供額外的訪問(wèn)來(lái)進(jìn)行攻擊。使用最廣泛的過(guò)錯(cuò)產(chǎn)生攻擊手段包 括電壓沖擊和時(shí)鐘沖擊。低電壓和高電壓攻擊可用來(lái)禁止保護(hù)電路工作或強(qiáng)制處理器執(zhí)行錯(cuò)誤操作。時(shí) 鐘瞬態(tài)跳變也許會(huì)復(fù)位保護(hù)電路而不會(huì)破壞受保護(hù)信息。電源和時(shí)鐘瞬態(tài)跳變可以在某些處理器中影響單條指令的解碼和執(zhí)行。 （４）探針技術(shù) 該技術(shù)是直接暴露芯片內(nèi)部連線，然后觀察、操控、干擾單片機(jī)以達(dá)到攻擊目的。為了方便起見(jiàn)，人們將以上四種攻擊技術(shù)分成兩類(lèi)，一類(lèi)是侵入型攻擊（物理攻擊），這類(lèi)攻擊需要破壞封裝，然后借助半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備、顯微鏡和微定位器，在專門(mén)的實(shí)驗(yàn)室花上幾小時(shí)甚至幾周時(shí)間才能完成。所有的微探針技術(shù)都屬于侵入型攻 擊。另外三種方法屬于非侵入型攻擊，被攻擊的單片機(jī)不會(huì)被物理?yè)p壞。在某些場(chǎng)合非侵入型攻擊是特別危險(xiǎn)的，但是因?yàn)榉乔秩胄凸羲柙O(shè)備通常可以自制和升級(jí)，因此非常廉價(jià)。 大部分非侵入型攻擊需要攻擊者具備良好的處理器知識(shí)和軟件知識(shí)。與之相反，侵入型的探針攻擊則不需要太多的初始知識(shí)，而且通?？捎靡徽紫嗨频募夹g(shù)對(duì)付寬范圍的產(chǎn)品。 單片機(jī)侵入型攻擊的一般過(guò)程 侵入型攻擊的第一步是揭去芯片封裝。有兩種方法可以達(dá)到這一目的：第一種是完全溶解掉芯片封裝，暴露金屬連線。第二種是只移掉硅核上面的塑料封裝。第一種方法需要將芯片 綁定到測(cè)試夾具上，借助綁定臺(tái)來(lái)操作。第二種方法除了需要具備攻擊者一定的知識(shí)和必要的技能外，還需要個(gè)人的智慧和耐心，但操作起來(lái)相對(duì)比較方便。 芯片上面的塑料可以用小刀揭開(kāi)，芯片周?chē)沫h(huán)氧樹(shù)脂可以用濃硝酸腐蝕掉。熱的濃硝酸會(huì)溶解掉芯片封裝而不會(huì)影響芯片及連線。該過(guò)程一般在非常干燥的條件下進(jìn)行，因?yàn)樗拇嬖诳赡軙?huì)侵蝕已暴露的鋁線連接。 接著在超聲池里先用丙酮清洗該芯片以除去殘余硝酸，然后用清水清洗以除去鹽分并干燥。沒(méi)有超聲池，一般就跳過(guò)這一步。這種情況下，芯片表面會(huì)有點(diǎn)臟，但是不太影響紫外光對(duì)芯片的操作效果。 最后一步是尋找保護(hù)熔絲的位置并將保護(hù)熔絲暴露在紫外光下。一般用一臺(tái)放大倍數(shù)至少１００倍的顯微鏡，從編程電壓輸入腳的連線跟蹤進(jìn)去，來(lái)尋找保護(hù)熔絲。若沒(méi)有顯微鏡，則采用將芯片的不同部分暴露到紫外光下并觀察結(jié)果的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的搜索。操作時(shí)應(yīng)用不透明的紙片覆蓋芯片以保護(hù)程序存儲(chǔ)器不被紫外光擦除。將保護(hù)熔絲暴露在紫外光下５～１０分鐘就能破壞 掉保護(hù)位的保護(hù)作用，之后，使用簡(jiǎn)單的編程器就可直接讀出程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。 對(duì)于使用了防護(hù)層來(lái)保護(hù)ＥＥＰＲＯＭ單元的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，使用紫外光復(fù)位保護(hù)電路