Cortex-M3/4的Hard Fault調試方法

1 Cortex-M3/4的Fault簡介

        Cortex-M3/4的Fault異常是因爲非法的存儲器訪問（好比訪問0地址、寫只讀存儲位置等）和非法的程序行爲（好比除以0等）等形成的。常見的4種異常及產生異常的狀況以下：

Bus Fault：在fetch指令、數據讀寫、fetch中斷向量或中斷時存儲恢復寄存器棧狀況下，檢測到內存訪問錯誤則產生Bus Fault。

Memory Management Fault：訪問了內存管理單元（MPU）定義的不合法的內存區域，好比向只讀區域寫入數據。

Usage Fault：檢測到未定義指令或在存取內存時有未對齊。還能夠經過軟件配置是否檢測到除0和其它未對齊內存訪問也產生該異常，默認關閉，須要在工程初始化時配置：

 

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

 

Hard Fault：在調試程序過程當中，這種異常最多見。上面三種異常發生任何一種異常都會引發Hard Fault，在上面的三種異常未使能的狀況下，默認發生異常時進入Hard Fault中斷服務程序。使能前三種異常也要在初始化時配置：

 

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

 

 

在默認復位初始化時，Hard Fault使能，其它三者不使能，所以當程序中出現不合法內存訪問（通常是指針錯誤引發）或非法的程序行爲（通常就是數學裏面常見的除0）時都將產生Hard Fault中斷。

 

2 Hard Fault調試方法

假設IDE環境爲Keil，芯片爲STM32F103。

在stm32f10x_it.c中，添加軟件斷點，一旦調試時出現Hard Fault則會在停在__breakpoint(0)處。

 

/**
  * @brief  This function handles Hard Fault exception.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void HardFault_Handler(void)
{
  /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
  if (CoreDebug->DHCSR & 1) {  //check C_DEBUGEN == 1 -> Debugger Connected
      __breakpoint(0);  // halt program execution here
  }
  while (1)
  {
  }
}

 

當進入Hard Fault斷點後，菜單欄Peripherals >Core Peripherals >Fault Reports打開異常發生的報告，查看發生異常的緣由。

  

上面的報告發生了BUS FAULT，並將Fault的中斷服務轉向Hard Fault。

相對於檢測發生了什麼異常，定位異常發生位置顯得更重要。
（1）打開Call Stack窗口（以下圖左側，斷點停在Hard Fault服務程序中）


（2）在Call Stack的HardFault_Handler上右鍵Show Caller Code（有的Keil版本也能夠直接雙擊）


這時將跳轉到發生異常的源代碼位置（如上圖），異常發生在p->hour=0這一行。這裏錯誤很明顯：指針p還沒有爲成員變量分配內存空間，直接訪問未分配的內粗空間確定出錯。

再說明2點：
[1] 在複雜的狀況下，即便定位了異常發生位置也很難容易的改正錯誤，要學會使用Watch窗口對發生錯誤的指針變量進行跟蹤；
[2] 在問題不明晰的狀況下，嘗試分析反彙編代碼，就本身遇到的，部分狀況下的異常發生在BL等跳轉指令處，BL跳轉到了不合法的內存地址產生異常

 

Refrences：

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

[2] Cortex-M3權威指南