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ARM cortex-M 系列 HardFault的诊断

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keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:20 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
ar, AD, TE, cortex-, Cortex-M, HardFault
本帖最后由 keer_zu 于 2022-1-26 11:22 编辑

（转自 aozima）rt-thread问答。

ARM cortex-M上面的fault想必大家都不陌生，我相信还没有谁从来没有出现过fault。
但出现fault后如何排查，相信很多人都是一筹莫展。
在我的项目中加了一些代码，Fault 后可以打印出更多的信息。
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#define SCB_CFSR        (*(volatile const unsigned *)0xE000ED28) /* Configurable Fault Status Register */

#define SCB_HFSR        (*(volatile const unsigned *)0xE000ED2C) /* HardFault Status Register */

#define SCB_MMAR        (*(volatile const unsigned *)0xE000ED34) /* MemManage Fault Address register */

#define SCB_BFAR        (*(volatile const unsigned *)0xE000ED38) /* Bus Fault Address Register */



#define SCB_CFSR_MFSR   (*(volatile const unsigned char*)0xE000ED28)  /* Memory-management Fault Status Register */

#define SCB_CFSR_BFSR   (*(volatile const unsigned char*)0xE000ED29)  /* Bus Fault Status Register */

#define SCB_CFSR_UFSR   (*(volatile const unsigned short*)0xE000ED2A) /* Usage Fault Status Register */



static void usage_fault_track(void)

{

    rt_kprintf("usage fault:

");

    rt_kprintf("SCB_CFSR_UFSR:0x%02X ", SCB_CFSR_UFSR);



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<0))

    {

        /* [0]:UNDEFINSTR */

        rt_kprintf("UNDEFINSTR ");

    }



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<1))

    {

        /* [1]:INVSTATE */

        rt_kprintf("INVSTATE ");

    }



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<2))

    {

        /* [2]:INVPC */

        rt_kprintf("INVPC ");

    }



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<3))

    {

        /* [3]:NOCP */

        rt_kprintf("NOCP ");

    }



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<8))

    {

        /* [8]:UNALIGNED */

        rt_kprintf("UNALIGNED ");

    }



    if(SCB_CFSR_UFSR & (1<<9))

    {

        /* [9]:DIVBYZERO */

        rt_kprintf("DIVBYZERO ");

    }



    rt_kprintf("

");

}



static void bus_fault_track(void)

{

    rt_kprintf("bus fault:

");

    rt_kprintf("SCB_CFSR_BFSR:0x%02X ", SCB_CFSR_BFSR);



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<0))

    {

        /* [0]:IBUSERR */

        rt_kprintf("IBUSERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<1))

    {

        /* [1]:PRECISERR */

        rt_kprintf("PRECISERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<2))

    {

        /* [2]:IMPRECISERR */

        rt_kprintf("IMPRECISERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<3))

    {

        /* [3]:UNSTKERR */

        rt_kprintf("UNSTKERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<4))

    {

        /* [4]:STKERR */

        rt_kprintf("STKERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_BFSR & (1<<7))

    {

        rt_kprintf("SCB->BFAR:%08X

", SCB_BFAR);

    }

    else

    {

        rt_kprintf("

");

    }

}



static void mem_manage_fault_track(void)

{

    rt_kprintf("mem manage fault:

");

    rt_kprintf("SCB_CFSR_MFSR:0x%02X ", SCB_CFSR_MFSR);



    if(SCB_CFSR_MFSR & (1<<0))

    {

        /* [0]:IACCVIOL */

        rt_kprintf("IACCVIOL ");

    }



    if(SCB_CFSR_MFSR & (1<<1))

    {

        /* [1]:DACCVIOL */

        rt_kprintf("DACCVIOL ");

    }



    if(SCB_CFSR_MFSR & (1<<3))

    {

        /* [3]:MUNSTKERR */

        rt_kprintf("MUNSTKERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_MFSR & (1<<4))

    {

        /* [4]:MSTKERR */

        rt_kprintf("MSTKERR ");

    }



    if(SCB_CFSR_MFSR & (1<<7))

    {

        /* [7]:MMARVALID */

        rt_kprintf("SCB->MMAR:%08X

", SCB_MMAR);

    }

    else

    {

        rt_kprintf("

");

    }

}



static void hard_fault_track(void)

{

    if(SCB_HFSR & (1UL<<1))

    {

        /* [1]:VECTBL, Indicates hard fault is caused by failed vector fetch. */

        rt_kprintf("failed vector fetch

");

    }



    if(SCB_HFSR & (1UL<<30))

    {

        /* [30]:FORCED, Indicates hard fault is taken because of bus fault,

                        memory management fault, or usage fault. */

        if(SCB_CFSR_BFSR)

        {

            bus_fault_track();

        }



        if(SCB_CFSR_MFSR)

        {

            mem_manage_fault_track();

        }



        if(SCB_CFSR_UFSR)

        {

            usage_fault_track();

        }

    }



    if(SCB_HFSR & (1UL<<31))

    {

        /* [31]:DEBUGEVT, Indicates hard fault is triggered by debug event. */

        rt_kprintf("debug event

");

    }

}



/**

 * fault exception handling

 */

void rt_hw_hard_fault_exception(struct stack_context* contex)

{

    rt_kprintf("psr: 0x%08x

", contex->psr);

    rt_kprintf(" pc: 0x%08x

", contex->pc);

    rt_kprintf(" lr: 0x%08x

", contex->lr);

    rt_kprintf("r12: 0x%08x

", contex->r12);

    rt_kprintf("r03: 0x%08x

", contex->r3);

    rt_kprintf("r02: 0x%08x

", contex->r2);

    rt_kprintf("r01: 0x%08x

", contex->r1);

    rt_kprintf("r00: 0x%08x

", contex->r0);



    hard_fault_track();



    rt_kprintf("hard fault on thread: %s

", rt_current_thread->name);

#ifdef RT_USING_FINSH

    list_thread();

#endif

    while (1);

}

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沙发
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:23 | 只看该作者
再写了两个测试代码，以手动触发fault。
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void div0_test(void)

{

    volatile int * SCB_CCR = (volatile int *)0xE000ED14; // SCB->CCR

    int x,y,z;



    *SCB_CCR |= (1 << 4); /* bit4: DIV_0_TRP. */



    x = 10;

    y = 0;

    z = x / y;

    rt_kprintf("z:%d

", z);

}



void unalign_test(void)

{

    volatile int * SCB_CCR = (volatile int *)0xE000ED14; // SCB->CCR

    volatile int * p;

    volatile int value;



    *SCB_CCR |= (1 << 3); /* bit3: UNALIGN_TRP. */



    p = (int *)0x00;

    value = *p;

    rt_kprintf("addr:0x%02X value:0x%08X

", (int)p, value);



    p = (int *)0x04;

    value = *p;

    rt_kprintf("addr:0x%02X value:0x%08X

", (int)p, value);



    p = (int *)0x03;

    value = *p;

    rt_kprintf("addr:0x%02X value:0x%08X

", (int)p, value);

}



#ifdef  RT_USING_FINSH

#include <finsh.h>

FINSH_FUNCTION_EXPORT(div0_test, div0_test)

FINSH_FUNCTION_EXPORT(unalign_test, unalign_test)

#endif /* RT_USING_FINSH */

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板凳
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:23 | 只看该作者
测试访问末授权区域
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finsh>>int * p //声明一个指针变量

        0, 0x00000000

finsh>>p = 0xDFFFFFF0 // 指向片上外设区结束处，一般不可能用完，所以此处一般不可访问。

        -536870928, 0xdffffff0

finsh>>*p // 读取指针处数据

psr: 0x01000000

 pc: 0x00000e3e

 lr: 0x0000451d

r12: 0x00000000

r03: 0x00000000

r02: 0x1fff0180

r01: 0x1fff0814

r00: 0xdffffff0

bus fault:

SCB_CFSR_BFSR:0x82 PRECISERR SCB->BFAR:DFFFFFF0

hard fault on thread: tshell

 thread  pri  status      sp     stack size max used   left tick  error

-------- ---- ------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---

tidle    0x1f ready   0x00000040 0x00000100 0x00000060 0x00000015 000

tshell   0x14 ready   0x00000088 0x00000400 0x00000218 0x00000009 000

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地板
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:24 | 只看该作者
非对齐访问测试
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finsh>>unalign_test()

addr:0x00 value:0x20001B80

addr:0x04 value:0x0800DE81

psr: 0x21000000

r00: 0x00000000

r01: 0x40013800

r02: 0x20000690

r03: 0x00000000

r04: 0x00000003

r05: 0xe000ed14

r06: 0xdeadbeef

r07: 0x20002678

r08: 0xdeadbeef

r09: 0xdeadbeef

r10: 0xdeadbeef

r11: 0xdeadbeef

r12: 0x08000a95

 lr: 0x08002eb5

 pc: 0x08000386

usage fault:

SCB_CFSR_UFSR:0x100 UNALIGNED

hard fault on thread: tshell

 thread  pri  status      sp     stack size max used   left tick  error

-------- ---- ------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---

tidle    0x1f ready   0x00000040 0x00000100 0x0000005c 0x00000009 000

tshell   0x14 ready   0x00000088 0x00000800 0x000001b0 0x0000000a 000

led      0x14 suspend 0x00000078 0x00000200 0x00000078 0x00000005 000

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5楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:24 | 只看该作者
除零异常测试
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finsh>>div0_test()

psr: 0x41000000

r00: 0x00000010

r01: 0x08000337

r02: 0x20000bb7

r03: 0x20000130

r04: 0xe000ed14

r05: 0x00000000

r06: 0xdeadbeef

r07: 0x0000000a

r08: 0xdeadbeef

r09: 0xdeadbeef

r10: 0xdeadbeef

r11: 0xdeadbeef

r12: 0x00000000

 lr: 0x08008d91

 pc: 0x08000348

usage fault:

SCB_CFSR_UFSR:0x200 DIVBYZERO

hard fault on thread: tshell

 thread  pri  status      sp     stack size max used   left tick  error

-------- ---- ------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---

tidle    0x1f ready   0x00000058 0x00000100 0x0000005c 0x0000000f 000

tshell   0x14 ready   0x00000088 0x00000800 0x000001b0 0x0000000a 000

led      0x14 suspend 0x00000078 0x00000200 0x00000078 0x00000005 000

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6楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:24 | 只看该作者
问题追踪
上面测试出了问题，是我们人为设置的故障，但在平时调试中出了问题如何追综呢？
以非对齐访问为例，开发环境使用MDK。

进入JTAG仿真状态，并触发非对齐异常。
此时串口会打印出异常时的寄存器值，此时停止仿真器发现程序停在rt_hw_hard_fault_exception中。

根据上面打印出来的寄存器，提取出关键值是 pc: 0x08000386
我们在MDK的command窗口中输入 pc = 0x08000386

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7楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:24 | 只看该作者

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8楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:25 | 只看该作者
可以把PC指针临时设回问题发生时的场景，我们看到出现问题的指令是
复制
   239:     p = (int *)0x03; 

0x08000384 2403      MOVS     r4,#0x03

   240:     value = *p; 

0x08000386 6820      LDR      r0,[r4,#0x00]

0x08000388 9000      STR      r0,[sp,#0x00]

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9楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:25 | 只看该作者
分析 #386 这条指令从 R4+0 的问题读取4字节到R0中，
先前打印出的R4的值为 r04: 0x00000003
因此可以确定为这是因为地址不对齐造成的。

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10楼
keer_zu|  楼主 | 2022-1-26 11:26 | 只看该作者
本帖最后由 keer_zu 于 2022-1-26 11:28 编辑

当然，具体情况要具体分析，有时候某个步骤出现问题并不会马上崩溃，
而是过一段时间以后才出问题，因此要结合上下文综合分析。
比如上面这个案例真正有问题的指令是 0x08000384。

根据以上的案例，并结合实际调试经验，相信大家可以更快地找出问题。

下面是ST研究会上面的PPT，供参考。
stm32Hard Fault的诊断.pdf

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