1 Cortex-M3/4的Fault简介

Cortex-M3/4的Fault异常是由于非法的存储器访问(比如访问0地址、写只读存储位置等)和非法的程序行为(比如除以0等)等造成的。常见的4种异常及产生异常的情况如下:

Bus Fault:在fetch指令、数据读写、fetch中断向量或中断时存储恢复寄存器栈情况下,检测到内存访问错误则产生Bus Fault。

Memory Management Fault:访问了内存管理单元(MPU)定义的不合法的内存区域,比如向只读区域写入数据。

Usage Fault:检测到未定义指令或在存取内存时有未对齐。还可以通过软件配置是否检测到除0和其它未对齐内存访问也产生该异常,默认关闭,需要在工程初始化时配置:

  1. SCB->CCR |= 0x18; // enable div-by-0 and unaligned fault

Hard Fault:在调试程序过程中,这种异常最常见。上面三种异常发生任何一种异常都会引起Hard Fault,在上面的三种异常未使能的情况下,默认发生异常时进入Hard Fault中断服务程序。使能前三种异常也要在初始化时配置:

  1. SCB->SHCSR |= 0x00007000;   // enable Usage Fault, Bus Fault, and MMU Fault

在默认复位初始化时,Hard Fault使能,其它三者不使能,因此当程序中出现不合法内存访问(一般是指针错误引起)或非法的程序行为(一般就是数学里面常见的除0)时都将产生Hard Fault中断。

2 Hard Fault调试方法

假设IDE环境为Keil,芯片为STM32F103。

在stm32f10x_it.c中,添加软件断点,一旦调试时出现Hard Fault则会在停在__breakpoint(0)处。

  1. /**
  2. * @brief  This function handles Hard Fault exception.
  3. * @param  None
  4. * @retval None
  5. */
  6. void HardFault_Handler(void)
  7. {
  8. /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
  9. if (CoreDebug->DHCSR & 1) {  //check C_DEBUGEN == 1 -> Debugger Connected
  10. __breakpoint(0);  // halt program execution here
  11. }
  12. while (1)
  13. {
  14. }
  15. }

当进入Hard Fault断点后,菜单栏Peripherals >Core Peripherals >Fault Reports打开异常发生的报告,查看发生异常的原因。


上面的报告发生了BUS FAULT,并将Fault的中断服务转向Hard Fault。

相对于检测发生了什么异常,定位异常发生位置显得更重要。
(1)打开Call Stack窗口(如下图左侧,断点停在Hard Fault服务程序中)


(2)在Call Stack的HardFault_Handler上右键Show Caller Code(有的Keil版本也可以直接双击)

这时将跳转到发生异常的源代码位置(如上图),异常发生在p->hour=0这一行。这里错误很明显:指针p尚未为成员变量分配内存空间,直接访问未分配的内粗空间肯定出错。

再说明2点:
[1] 在复杂的情况下,即使定位了异常发生位置也很难容易的改正错误,要学会使用Watch窗口对发生错误的指针变量进行跟踪;
[2] 在问题不明晰的情况下,尝试分析反汇编代码,就自己遇到的,部分情况下的异常发生在BL等跳转指令处,BL跳转到了不合法的内存地址产生异常

Refrences:

[1] Application Note 209. Using Cortex-M3 and Cortex-M4 Fault Exceptions.

[2] Cortex-M3权威指南

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