STM32在使用Clion平台开发时调试失败 SystemClock_Config 返回 HAL_ERROR

问题记录

在尝试使用Clion在STM32平台上开发调试时，需要通过OpenOCD结合ST-Link等调试器进行烧录和调试。但通过STM32CubeMX生成代码后，发现出现以下现象：

1. 程序能够正常编译并下载到开发板上，且运行符合预期。
2. 调试时GDB Server能够正常连接，可以正常查看函数调用栈。但却在SystemClock_Config函数配置参数时，调用的HAL_RCC_OscConfig等函数均返回为HAL_ERROR，而导致死循环在Error_Handler。
   
   
   
   
3. OpenOCD的重置reset选项配置的为初始化init。
   
   

既然问题在正常下载时没有复现（排除硬件问题），且这段CubeMX生成代码比较成熟，出问题的可能不大。所以主要查看为什么调试会导致时钟配置有误。

根因分析

首先，STM32使用手册提到，PLL使能后，主PLL的配置参数不可更改。也就是说，重复配置PLL是不允许的。

OpenOCD 的启动流程（/usr/share/openocd/scripts/target/stm32f4x.cfg）入手分析。首先，ARM Cortex 内核限制 SWD 时钟频率不能超过内核频率的 1/6，而单片机上电后如果不做任何配置，时钟来源为 HSI 的 16MHz，这样 SWD 频率就最高是 2.666MHz。因此，如果不做时钟上的更改，OpenOCD 默认只能使用 2000kHz 的 adapter speed。

adapter speed 2000
adapter srst delay 100
if {[using_jtag]} {
   jtag_ntrst_delay 100
}
reset_config srst_nogate

由于选择的重置选项是reset-init，所以，下面这行配置脚本会执行。

而如果让 OpenOCD 启动调试，为了加快 SWD 时钟，OpenOCD 会把 MCU 里面的 PLL 打开并设置到 64MHz，然后将系统时钟来源切换为 PLL.

在复位时提高系统时钟（16MHz → 64MHz），以提升调试速度。

$_TARGETNAME configure -event reset-init {
   mww 0x40023804 0x08012008   ;# 配置 PLL
   mww 0x40023C00 0x00000102   ;# 设置 Flash 等待状态
   mmw 0x40023800 0x01000000 0 ;# 启用 PLL
   sleep 10
   mmw 0x40023808 0x00001000 0 ;# 配置总线分频
   mmw 0x40023808 0x00000002 0 ;# 切换到 PLL 时钟
   adapter speed 8000
}

那么，为什么会出现时钟不正常呢？我们分析 HAL 库设置系统时钟的流程。按照正常流程，HAL 库会启动 HSE，然后配置 PLL 参数，并将 PLL 时钟源设为 HSE，最后将系统时钟来源设置为 PLL。如果单片机上电后不做任何额外的时钟配置，这部分程序是可以正常工作的，单片机能够在正确的时钟上运行。

然而，巧合的是，启用调试器后，在运行用户代码前，系统时钟就处于已经配置 PLL 的状态。HAL 库如果检测到这种状态，则不会对 PLL 配置进行更改，只会检测现有的 PLL 配置与欲应用的配置是否相符，如果不相符，则返回 HAL_ERROR。

__weak HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef  *RCC_OscInitStruct) {
  ... // 初始化 HSI，HSE 等，在此省略

  if ((RCC_OscInitStruct->PLL.PLLState) != RCC_PLL_NONE) {
    // 如果 PLL 当前不是系统时钟
    if (__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE() != RCC_CFGR_SWS_PLL) {
      // 正常上电时，__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE 应该返回 RCC_CFGR_SWS_HSI，从而进入这个分支
      ... // 对 PLL 进行配置
    } else {
      // 如果启动调试器，__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE 应该返回 RCC_CFGR_SWS_PLL，就会进入这个分支
      // 对 PLL 配置进行检查，如果与给定的配置不符，就返回 ERROR
      pll_config = RCC->PLLCFGR;
      if((READ_BIT(pll_config, RCC_PLLCFGR_PLLSRC) != RCC_OscInitStruct->PLL.PLLSource) ||
         (READ_BIT(pll_config, RCC_PLLCFGR_PLLM) != RCC_OscInitStruct->PLL.PLLM) ||
         (READ_BIT(pll_config, RCC_PLLCFGR_PLLN) != RCC_OscInitStruct->PLL.PLLN) ||
         (READ_BIT(pll_config, RCC_PLLCFGR_PLLP) != RCC_OscInitStruct->PLL.PLLP) ||
         (READ_BIT(pll_config, RCC_PLLCFGR_PLLQ) != RCC_OscInitStruct->PLL.PLLQ))
      {
          return HAL_ERROR;
      }
    }
  }
}

后面的情况也正如开头所讲，返回错误值，卡死在错误处理函数内。

解决方法

1. 调整OpenOCD的重置选项至Run，关于重置选项的用途，请参考：https://openocd.org/doc/html/Reset-Configuration.html

• run Let the target run
• halt Immediately halt the target
• init Immediately halt the target, and execute the reset-init script

1. 在main函数的 USER CODE 1 段内加入以下代码

int main(void)
{
    /* USER CODE BEGIN 1 */
	__HAL_RCC_HSI_ENABLE(); // 启用 HSI
  	__HAL_RCC_SYSCLK_CONFIG(RCC_SYSCLKSOURCE_HSI); // 切换系统时钟为 HSI
    /* USER CODE END 1 */

  	HAL_Init();
  	SystemClock_Config();
  	// 进行其他初始化
}

参考文章

https://blog.vinkvin.com/post/96/

https://blog.t123yh.xyz:3/index.php/archives/922