Cortex-M 处理器 hardfault 定位方法和步骤

只看该作者 · 2024-8-12 10:16

一. 问题的产生

Hard fault (硬错误,也有译为硬件错误的)是在STM32上编写程序中所产生的错误，造成Hard Fault错误的可能原因较多，排除硬件问题，如何在代码量较大的情况下，快速定位造成的hardfault的问题代码，就成为比较关键的问题。

本文将基于STM32处理器(stm32f091)，keil-MDK开发环境，总结hardfault的调试定位方法。在其他Cortex-M0 (m3,m4)内核处理器，和其他开发环境下，也可作为参考。

二. Cortex-M 处理器内核异常中断简介

1）错误种类

对于Cortex-M内核，架构采用错误异常的机制来检测问题，当核心检测到一个错误时，异常中断会被触发，并且核心会跳转到相应的异常终端处理函数执行，错误异常的终端分为以下四种：

HardFault
MemManage
BusFault
UsageFault

其中hardfault为最常见的错误类型，并且，在没有开启其他异常处理的情况下，默认进入hardfault异常中断处理函数：

void HardFault_Handler(void){ /* USER CODE BEGIN HardFault_IRQn 0 */ /* USER CODE END HardFault_IRQn 0 */ while (1) { /* USER CODE BEGIN W1_HardFault_IRQn 0 */ /* USER CODE END W1_HardFault_IRQn 0 */ }}

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2) 可能的原因

从软件角度，产生hardfault的可能原因有：

（1）数组越界
（2）野指针
（3）未初始化硬件却开始操作，或无中断服务函数等

（4）任务堆栈溢出

《ARM Cortex-M0权威指南》中提到，关于 Cortex M0+内核主要有以下几点引起 HardFault 的原因：

非法存储器访问
非对齐数据访问
从总线返回错误
异常处理中的栈被破坏
程序在某些 C 函数中崩溃
意外地试图切换至 ARM 状态
在错误的优先级上执行系统服务调用指令(SVC)

下面将以一个stm32f091上运行的数组越界代码为例，具体阐述定位步骤：

产生越界的代码段：

void StackFlow(void){ int a[3],i; for(i=0; i<10000; i++) { a=1; }}
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三. 人工查找hardfault 方法和步骤
方法1.查看寄存器
1）查看fault种类
通过菜单栏Peripherals >Core Peripherals >Fault Reports打开fault reports

2）调试定位步骤
查看fault种类有时可能对解决问题并没有直接帮助，关键是如何定位在进入异常中断前执行的代码段，步骤如下：
a. 确定当前使用堆栈是MSP还是PSP
异常发生后会把进入异常前的 R0-R3,R12, LR, PC,PSR 寄存器值栈入 Main Stack 或Process Stack（取决于异常发生时使用的哪个栈）。进入异常后链接寄存器 LR 中存放异常返回值 EXC_RETURN，如果其 bit 2=0 那么用的就是 Main Stack，如果 bit 2=1，那么用的就是 Process Stack。

由下图可以看出，当前使用的堆栈为PSP
b.找到异常发生代码地址
在memory中,定位到堆栈地址:0x200020E0,依据:R0~R3、R12、LR、PC、XPRS 顺序,找到LR的值,即第6个寄存器值
LR = 0x0800632B
PC = 0x08006300
c.Disassembly中,查找定位代码
在反汇编窗口中点击右键，选中show disassembly at address 。
输入LR地址：为发生异常后调用的下一条指令的地址，可看到发生异常的为StackFlow（）函数
输入PC地址：可以定位到发生异常的调用语句
方法2:调试步骤
在仿真状态下，调出Call Stack Window，可直接跳转到调用代码
四. 程序查找hardfault 方法和步骤
实际环境中，由于测试时产品常常无法连接调试器，故需要代码来定位目标语句地址，并通过一定手段保存