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单片机如何应用！
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：
1.在智能仪器仪表上的应用
2.在工业控制中的应用
3.在家用电器中的应用
4.在计算机 *** 和通信领域中的应用
5.单片机在医用设备领域中的应用
6.在各种大型电器中的模块化应用
7.单片机在汽车设备领域中的应用
学习应用六大重要部分
一、总线：
我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的8根数据线全部接到8根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为0，一个为1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收）。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。
二、数据、地址、指令：
之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的——数字，或者说都是一串‘0’和‘1’组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程）。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而言，被处理的数据可能有这么几种情况： 1.地址（如MOV DPTR，1000H），即地址1000H送入DPTR。 2.方式字或控制字（如MOV TMOD，#3），3即是控制字。 3.常数（如MOV TH0，#10H）10H即定时常数。 4.实际输出值（如P1口接彩灯，要灯全亮，则执行指令：MOV P1，#0FFH，要灯全暗，则执行指令：MOV P1，#00H）这里0FFH和00H都是实际输出值。又如用于LED的字形码，也是实际输出的值。 理解了地址、指令的本质，就不难理解程序运行过程中为什么会跑飞，会把数据当成指令来执行了。
三、P0口、P2口和P3的第二功能用法：
初学时往往对P0口、P2口和P3口的第二功能用法迷惑不解，认为第二功能和原功能之间要有一个切换的过程，或者说要有一条指令，事实上，各端口的第二功能完全是自动的，不需要用指令来转换。如P3.6、P3.7分别是WR、RD信号，当微处理机外接RAM或有外部I/O口时，它们被用作第二功能，不能作为通用I/O口使用，只要一微处理机一执行到MOVX指令，就会有相应的信号从P3.6或P3.7送出，不需要事先用指令说明。事实上‘不能作为通用I/O口使用’也并不是‘不能’而是（使用者）‘不会’将其作为通用I/O口使用。你完全可以在指令中按排一条SETB P3.7的指令，并且当单片机执行到这条指令时，也会使P3.7变为高电平，但使用者不会这么去做，因为这通常会导致系统的崩溃。
四、程序的执行过程：
单片机在通电复位后8051内的程序计数器（PC）中的值为‘0000’，所以程序总是从‘0000’单元开始执行，也就是说：在系统的ROM中一定要存在‘0000’这个单元，并且在‘0000’单元中存放的一定是一条指令。
五、堆栈：
堆栈是一个区域，是用来存放数据的，这个区域本身没有任何特殊之处，就是内部RAM的一部份，特殊的是它存放和取用数据的方式，即所谓的‘先进后出，后进先出’，并且堆栈有特殊的数据传输指令，即‘PUSH’和‘POP’，有一个特殊的专为其服务的单元，即堆栈指针SP，每当执一次PUSH指令时，SP就（在原来值的基础上）自动减2，每当执行一次POP指令，SP就（在原来值的基础上）自动加2。由于SP中的值可以用指令加以改变，所以只要在程序开始阶段更改了SP的值，就可以把堆栈设置在规定的内存单元中，如在程序开始时，用一条MOV SP，#5FH指令，就是把堆栈设置在从内存单元60H开始的单元中。一般程序的开头总有这么一条设置堆栈指针的指令，因为开机时，SP的初始值为07H，这样就使堆栈从08H单元开始往后，而08H到1FH这个区域正是8031的第二、三、四工作寄存器区，经常要被使用，这会造成数据的混乱。不同作者编写程序时，初始化堆栈指令也不完全相同，这是作者的习惯问题。当设置好堆栈区后，并不意味着该区域成为一种专用内存，它还是可以象普通内存区域一样使用，只是一般情况下编程者不会把它当成普通内存用了。
六、单片机的开发过程：
这里所说的开发过程并不是一般书中所说的从任务分析开始，我们假设已设计并 *** 好硬件，下面就是编写软件的工作。在编写软件之前，首先要确定一些常数、地址，事实上这些常数、地址在设计阶段已被直接或间接地确定下来了。如当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器（如EDIT、CCED等）编写软件，编写好后，用编译器对源程序文件编译，查错，直到没有语法错误，除了极简单的程序外，一般应用仿真机对软件进行调试，直到程序运行正确为止。运行正确后，就可以写片（将程序固化在EPROM中）。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，一般编程器能够识别这种格式的文件，只要将此文件调入即可写片。
如果单片机程序是加密的怎样解密？
单片机解密的常用 *** 及如何应对单片机解密
单片机解密的常用 *** 及应对单片机芯片解密的 *** 如下
单片机芯片的解密 *** 如下，其实,一般的人也还是破解不开的，能破解的单片机都是小芯片/小程序（直接说就是模仿其功能而新开发新程序）或解密成本比开发还高，只要用以下几种解密 *** 来设计产品：
1：让原芯片厂家将芯片的封装脚位全部调换；
2：将HTXXXX的印字印为MDTXXXX的，将PICXXX的印为ATXXXX.......。
3：使用四层板（故意多走一些线);
4:用环氧树脂 酶（xxx酶：可增加硬度，如将其弄开后芯片就报废了）将测试好的线路板密封上；
5：将芯片的程序里加入芯片保护程序，EMXXX如2脚有电压输入时就将所有芯片的内容清除......；
6：更好使用裸片来做产品；
7:将部分端口用大电流熔断......。
8：一般单片机解密也是犯法的，现在国家也正在打击这些人，如盗版光蝶；软件；书.....；查到都要罚款及判刑的，在欧盟抓到就发几十万到几十亿欧元。
摘要：介绍了单片机程序解密的常用 *** ，重点说明了侵入型攻击／物理攻击单片机解密 *** 的详细步骤，最后，从应用角度出发，提出了对付单片机解密的几点建议。
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1 引言
单片机（Microcontroller）一般都有内部ROM/EEPROM/Flash供用户存放程序。为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以保护单片机片内程序。如果在编程时单片机加密锁定位被使能（锁定），就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序，这就是所谓拷贝保护或者说锁定功能。事实上，这样的保护措施很脆弱，很容易被破解。单片机攻击者借助专用设备或者自制设备，利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷，通过多种技术手段，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序。因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生。
2 单片机攻击技术
目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是：
（1）软件攻击
该技术通常使用处理器通信接口并利用协议、加密算法或这些算法中的安全漏洞来进行攻击。软件攻击取得成功的一个典型事例是对早期Atmel AT89 系列单片机的攻击。攻击者利用了该系列单片机擦除操作时序设计上的漏洞，使用自编程序在擦除加密锁定位后，停止下一步擦除片内程序存储器数据的操作，从而使加过密的单片机变成没加密的单片机，然后利用编程器读出片内程序。
（2） 电子探测攻击
该技术通常以高时间分辨率来监控处理器在正常操作时所有电源和接口连接的模拟特性，并通过监控它的电磁辐射特性来实施攻击。因为单片机是一个活动的电子器件，当它执行不同的指令时，对应的电源功率消耗也相应变化。这样通过使用特殊的电子测量仪器和数学统计 *** 分析和检测这些变化，即可获取单片机中的特定关键信息。
（3）过错产生技术
该技术使用异常工作条件来使处理器出错，然后提供额外的访问来进行攻击。使用最广泛的过错产生攻击手段包括电压冲击和时钟冲击。低电压和高电压攻击可用来禁止保护电路工作或强制处理器执行错误操作。时钟瞬态跳变也许会复位保护电路而不会破坏受保护信息。电源和时钟瞬态跳变可以在某些处理器中影响单条指令的解码和执行。
（4）探针技术
该技术是直接暴露芯片内部连线，然后观察、操控、干扰单片机以达到攻击目的。
为了方便起见，人们将以上四种攻击技术分成两类，一类是侵入型攻击（物理攻击），这类攻击需要破坏封装，然后借助半导体测试设备、显微镜和微定位器，在专门的实验室花上几小时甚至几周时间才能完成。所有的微探针技术都属于侵入型攻击。另外三种 *** 属于非侵入型攻击，被攻击的单片机不会被物理损坏。在某些场合非侵入型攻击是特别危险的，这是因为非侵入型攻击所需设备通常可以自制和升级，因此非常廉价。
大部分非侵入型攻击需要攻击者具备良好的处理器知识和软件知识。与之相反，侵入型的探针攻击则不需要太多的初始知识，而且通常可用一整套相似的技术对付宽范围的产品。因此，对单片机的攻击往往从侵入型的反向工程开始，积累的经验有助于开发更加廉价和快速的非侵入型攻击技术。
3 侵入型攻击的一般过程
侵入型攻击的之一步是揭去芯片封装。有两种 *** 可以达到这一目的：之一种是完全溶解掉芯片封装，暴露金属连线。第二种是只移掉硅核上面的塑料封装。之一种 *** 需要将芯片绑定到测试夹具上，借助绑定台来操作。第二种 *** 除了需要具备攻击者一定的知识和必要的技能外，还需要个人的智慧和耐心，但操作起来相对比较方便。
芯片上面的塑料可以用小刀揭开，芯片周围的环氧树脂可以用浓硝酸腐蚀掉。热的浓硝酸会溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线。该过程一般在非常干燥的条件下进行，因为水的存在可能会侵蚀已暴露的铝线连接。
接着在超声池里先用丙酮清洗该芯片以除去残余硝酸，然后用清水清洗以除去盐分并干燥。没有超声池，一般就跳过这一步。这种情况下，芯片表面会有点脏，但是不太影响紫外光对芯片的操作效果。
最后一步是寻找保护熔丝的位置并将保护熔丝暴露在紫外光下。一般用一台放大倍数至少100倍的显微镜，从编程电压输入脚的连线跟踪进去，来寻找保护熔丝。若没有显微镜，则采用将芯片的不同部分暴露到紫外光下并观察结果的方式进行简单的搜索。操作时应用不透明的纸片覆盖芯片以保护程序存储器不被紫外光擦除。将保护熔丝暴露在紫外光下5～10分钟就能破坏掉保护位的保护作用，之后，使用简单的编程器就可直接读出程序存储器的内容。
对于使用了防护层来保护EEPROM单元的单片机来说，使用紫外光复位保护电路是不可行的。对于这种类型的单片机，一般使用微探针技术来读取存储器内容。在芯片封装打开后，将芯片置于显微镜下就能够很容易的找到从存储器连到电路其它部分的数据总线。由于某种原因，芯片锁定位在编程模式下并不锁定对存储器的访问。利用这一缺陷将探针放在数据线的上面就能读到所有想要的数据。在编程模式下，重启读过程并连接探针到另外的数据线上就可以读出程序和数据存储器中的所有信息。
还有一种可能的攻击手段是借助显微镜和激光切割机等设备来寻找保护熔丝，从而寻查和这部分电路相联系的所有信号线。由于设计有缺陷，因此，只要切断从保护熔丝到其它电路的某一根信号线，就能禁止整个保护功能。由于某种原因，这根线离其它的线非常远，所以使用激光切割机完全可以切断这根线而不影响临近线。这样，使用简单的编程器就能直接读出程序存储器的内容。
虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断保护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非定位于 *** 安全类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防范措施且安全级别较低。加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术 *** 频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝保护位等侵入型攻击或非侵入型攻击手段来读取单片机的内部程序变得比较容易。
4 应对单片机解密的几点建议
任何一款单片机�从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上 *** 来攻破。所以，在用单片机做加密认证或设计系统时，应尽量加大攻击者的攻击成本和所耗费的时间。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则。除此之外，还应注意以下几点：
（1）在选定加密芯片前，要充分调研，了解单片机解密技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以解密的。尽量不选用已可解密或同系列、同型号的芯片。
（2）尽量不要选用MCS51系列单片机，因为该单片机在国内的普及程度更高，被研究得也最透。
（3）产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比较生僻、偏冷门的单片机来加大仿冒者采购的难度。
（4）选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如ATMEL AVR系列单片机等。
（5）在设计成本许可的条件下，应选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击。
（6）如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解成本。
（7）打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以假乱真。
当然，要想从根本上防止单片机解密，程序被盗版等侵权行为发生，只能依靠法律手段来保障。
单片机解密原理
单片机解密又叫单片机破解，芯片解密，IC解密，但是这严格说来这几种称呼都不科学，但已经成了习惯叫法，我们把CPLD解密，DSP解密都习惯称为单片机解密。单片机只是能装载程序芯片的其中一个类。能烧录程序并能加密的芯片还有DSP，CPLD，PLD，AVR，ARM等。当然具存储功能的存储器芯片也能加密，比如DS2401 DS2501 AT88S0104 DM2602 AT88SC0104D等，当中也有专门设计有加密算法用于专业加密的芯片或设计验证厂家代码工作等功能芯片，该类芯片业能实现防止电子产品复制的目的。
解密过程：
揭去芯片封装
侵入型攻击的之一步是揭去芯片封装（简称“开盖”有时候称“开封”，英文为“DECAP”，decapsulation）。
有两种 *** 可以达到这一目的：
之一种是完全溶解掉芯片封装，暴露金属连线。
第二种是只移掉硅核上面的塑料封装。
之一种 *** 需要将芯片绑定到测试夹具上，借助绑定台来操作；第二种 *** 除了需要具备攻击者一定的知识和必要的技能外，还需要个人的智慧和耐心，但操作起来相对比较方便，完全家庭中操作。
芯片上面的塑料可以用小刀揭开，芯片周围的环氧树脂可以用浓硝酸腐蚀掉。热的浓硝酸会溶解掉芯片封装而不会影响芯片及连线。该过程一般在非常干燥的条件下进行，因为水的存在可能会侵蚀已暴露的铝线连接 （这就可能造成解密失败）。
清洗芯片
接着在超声池里先用丙酮清洗该芯片以除去残余硝酸，并浸泡。
寻找保护熔丝的位置并破坏
最后一步是寻找保护熔丝的位置并将保护熔丝暴露在紫外光下。一般用一台放大倍数至少100倍的显微镜，从编程电压输入脚的连线跟踪进去，来寻找保护熔丝。若没有显微镜，则采用将芯片的不同部分暴露到紫外光下并观察结果的方式进行简单的搜索。操作时应用不透明的纸片覆盖芯片以保护程序存储器不被紫外光擦除。将保护熔丝暴露在紫外光下5～10分钟就能破坏掉保护位的保护作用，之后，使用简单的编程器就可直接读出程序存储器的内容。
对于使用了防护层来保护EEPROM单元的单片机来说，使用紫外光复位保护电路是不可行的。对于这种类型的单片机，一般使用微探针技术来读取存储器内容。在芯片封装打开后，将芯片置于显微镜下就能够很容易的找到从存储器连到电路其它部分的数据总线。由于某种原因，芯片锁定位在编程模式下并不锁定对存储器的访问。利用这一缺陷将探针放在数据线的上面就能读到所有想要的数据。在编程模式下，重启读过程并连接探针到另外的数据线上就可以读出程序和数据存储器中的所有信息。
借助显微镜和激光切割机破坏保护熔丝
还有一种可能的攻击手段是借助显微镜和激光切割机等设备来寻找保护熔丝，从而寻查和这部分电路相联系的所有信号线。由于设计有缺陷，因此，只要切断从保护熔丝到其它电路的某一根信号线（或切割掉整个加密电路）或连接1～3根金线（通常称FIB：focused ion beam)，就能禁止整个保护功能，这样，使用简单的编程器就能直接读出程序存储器的内容。
虽然大多数普通单片机都具有熔丝烧断保护单片机内代码的功能，但由于通用低档的单片机并非定位于 *** 安全类产品，因此，它们往往没有提供有针对性的防范措施且安全级别较低。加上单片机应用场合广泛，销售量大，厂商间委托加工与技术 *** 频繁，大量技术资料外泻，使得利用该类芯片的设计漏洞和厂商的测试接口，并通过修改熔丝保护位等侵入型攻击或非侵入型攻击手段来读取单片机的内部程序变得比较容易。
单片机破解的应对单片机破解的几点建议
任何一款单片机从理论上讲，攻击者均可利用足够的投资和时间使用以上 *** 来攻破。这是系统设计者应该始终牢记的基本原则。因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生。我们根据沪生电子的解密实践提出下面建议：
（1）在选定加密芯片前，要充分调研，了解单片机破解技术的新进展，包括哪些单片机是已经确认可以破解的。尽量不选用已可破解或同系列、同型号的芯片选择采用新工艺、新结构、上市时间较短的单片机，如可以使用ATMEGA88/ATMEGA88V，这种国内目前破解的费用一需要6K左右，另外目前相对难解密的有ST12系列，DSPPIC等；其他也可以和CPLD结合加密,这样解密费用很高，解密一般的CPLD也要1万左右。
（2）尽量不要选用MCS51系列单片机，因为该单片机在国内的普及程度更高，被研究得也最透。
（3）产品的原创者，一般具有产量大的特点，所以可选用比较生僻、偏冷门的单片机来加大仿冒者采购的难度，选用一些生僻的单片机，比如ATTINY2313,AT89C51RD2,AT89C51RC2，motorola单片机等比较难解密的芯片，目前国内会开发使用熟悉motorola单片机的人很少，所以破解的费用也相当高，从3000~3万左右。
（4）在设计成本许可的条件下，应选用具有硬件自毁功能的智能卡芯片，以有效对付物理攻击；另外程序设计的时候，加入时间到计时功能，比如使用到1年，自动停止所有功能的运行，这样会增加破解者的成本。
（5）如果条件许可，可采用两片不同型号单片机互为备份，相互验证，从而增加破解成本。
（6）打磨掉芯片型号等信息或者重新印上其它的型号，以假乱真（注意，反面有LOGO的也要抹掉，很多芯片，解密者可以从反面判断出型号，比如51,WINBOND,MDT等）。
（7）可以利用单片机未公开,未被利用的标志位或单元,作为软件标志位。
（8）利用MCS-51中A5指令加密，其实世界上所有资料,包括英文资料都没有讲这条指令,其实这是很好的加密指令，A5功能是二字节空操作指令加密 *** 在A5后加一个二字节或三字节操作码,因为所有反汇编软件都不会反汇编A5指令,造成正常程序反汇编乱套,执行程序无问题仿制者就不能改变你的源程序。
（9）你应在程序区写上你的大名单位开发时间及仿制必究的说法,以备获得法律保护；另外写上你的大名的时候，可以是随机的，也就是说，采用某种算法，外部不同条件下，你的名字不同，比如wwwhusooncom1011、wwwhusooncn1012等，这样比较难反汇编修改。
（10）采用高档的编程器，烧断内部的部分管脚，还可以采用自制的设备烧断金线，这个目前国内几乎不能解密，即使解密，也需要上万的费用，需要多个母片。
（11）采用保密硅胶（环氧树脂灌封胶）封住整个电路板，PCB上多一些没有用途的焊盘，在硅胶中还可以掺杂一些没有用途的元件，同时把MCU周围电路的电子元件尽量抹掉型号。
（12）对SyncMos,Winbond单片机，将把要烧录的文件转成HEX文件,这样烧录到芯片内部的程序空位自动添00，如果你习惯BIN文件，也可以用编程器把空白区域中的FF改成00,这样一般解密器也就找不到芯片中的空位,也就无法执行以后的解密操作。
当然，要想从根本上防止单片机被解密，那是不可能的，加密技术不断发展，解密技术也不断发展，现在不管哪个单片机，只要有人肯出钱去做，基本都可以做出来，只不过代价高低和周期长短的问题，编程者还可以从法律的途径对自己的开发作出保护（比如专利）。
