STM32 触发HardFault_Handler如何查找原因

古城微笑少年丶 2023-01-23 14:52 73阅读 0赞

STM32出现HardFault\_Handler硬件错误的原因主要有两个方面：  
1、内存溢出或者访问越界。（包括使用野指针）  
2、堆栈溢出。

**下面的几个方法不一定能找对地方，所以有时候需要多试几个方法。**并且结合变量值分析错误原因，实际情况可能随程序复杂程度不同，但根本原因基本是上面这两点之一。

**方法一**  
<下面用来测试的芯片是STM32L475，Cotex-M4内核>  
在中断HardFault\_Handler中的while()处打上断点，全速运行后，想法让程序问题复现触发HardFault，让程序执行到此处停止。（如何使用调试器DEBUG因为不是本文重点这里就不赘述了）  
![在这里插入图片描述][20210715200047717.png]  
看左侧Registers Window窗口（界面上找不到窗口的话，Keil菜单栏点击“View”——“Registers Window”），在寄存器查看窗口查找R14(LR)的值。如果R14(LR) = 0xFFFFFFE9，继续查看MSP（主堆栈指针）的值，如果R14(LR) = 0xFFFFFFFD，继续查看PSP（进程栈指针）的值。

发生异常之后可首先查看LR寄存器中的值，确定当前使用堆栈为MSP或PSP，然后找到相应堆栈的指针，并在内存中查看相应堆栈里的内容。  
在Cortex\_M3权威指南中可以看到如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
这里解释一下关于 LR 寄存器的工作原理。如上所述，当 Cortex-M4 处理器接受了一个异常后，寄存器组中的一些寄存器值会被自动压入当前栈空间里，这其中就包括链接寄存器（LR ）。这时的 LR 会被更新为异常返回时需要使用的特殊值（EXC\_RETURN）。关于  
EXC\_RETURN 的定义如下，其为 32 位数值，高 28 位置 1，第 0 位到第三位则提供了异常返回机制所需的信息，如下表所示。可见其中第 2 位标示着进入异常前使用的栈是 MSP还是PSP。在异常处理过程结束时，MCU 需要根据该值来分配 SP 的值。这也是本方法中用来判断所使用堆栈的原理。  
![在这里插入图片描述][20210716113722449.png]

我的程序R14(LR) = 0xFFFFFFF9，注意这里R13(SP)的值实际上与MSP的值一致。  
![在这里插入图片描述][20210716095553402.png]

Keil菜单栏点击“View”——“Memory Windows”——“Memory1”，在“Address”地址栏中输入MSP的值：0x20011BA0，然后在对应行里找到地址。地址一般以0x08开头的32位数。注意从右往左看。发生异常后我们可以首先查看LR寄存器的值，确认当前使用的堆栈是MSP还是PSP，然后找到相对应的堆栈指针，并在内存中查看相对应堆栈的内容，内核将R0~R3，R12，LR，PC(Return address)，xPRS寄存器依次入栈，其中堆栈后第25个字节到28字节PC(Return address)即为发生异常前PC将要执行的下一条指令地址。本例中，地址为0x08002D0C和0x08002953。  
![在这里插入图片描述][20210716113447839.png]

![在这里插入图片描述][20210716095901900.png]  
注意这里可以右键设置为32位查看，这样看得比较方便：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
设置后如下图：  
![在这里插入图片描述][20210716114300857.png]  
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【补充】  
从Memory1可以看到0x20011BA0开始的第一个32位值就对应了R0的值，后面也分别对应了R1，R2，R3，R12  
![在这里插入图片描述][20210716133728440.png]  
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在Keil菜单栏点击“View”——“Disassembly Window”（此反汇编窗口一般默认已经开启），在“Disassembly”窗口中右击，在下拉菜单中选择“Show Disassemblyat Address…”。在弹出框“Show Code atAdress”的地址框中输入地址0x08002D0C进行搜索，然后就会找到相对应的代码。这里的代码就是进入循环中断之前的情况。仔细查看附近区域的相关代码来排查错误具体原因。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
用同样的方法在show code at address中输入0x08002953，发现查看的是出错的上一层函数（好像不太准确）

**方法二**  
在硬件中断函数HardFault\_Handler里的while(1)处打调试断点，程序执行到断点处时自动停止。  
在Keil菜单栏点击“View”——“Call Stack Window”弹出“Call Stack + Locals”对话框。然后在对话框中HardFault\_Handler处右键选择“Show Caller Code”，就会跳转到出错之前的函数处，仔细查看这部分函数被调用或者内存使用情况。  
![在这里插入图片描述][20210716134410762.png]  
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【补充】  
当进入HardFault断点后，菜单栏Peripherals >Core Peripherals >FaultReports打开异常发生的报告，可以查看发生异常的原因。  
![在这里插入图片描述][20210716135157907.png]  
![在这里插入图片描述][20210716135252996.png]  
上面的报告发生了BUS FAULT，并将Fault的中断服务转向Hard Fault。

下面部分寄存器说明来自CM3权威指南，与错误报告中的状态位相对应。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDc4ODU0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

**总线BUS出现PRECISERR大概率是出现访问越界**。

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**方法三**  
此方法有点类似方法一，这种方法不用借助调试器，只需在HardFault\_Handler中增加打印相关寄存器的代码。  
下面的例程中的寄存器地址是根据CM3内核来的。其他内核可能要随之变化。

void hard_fault_handler_c(unsigned int * hardfault_args)
    { 
    	static unsigned int stacked_r0;
    	static unsigned int stacked_r1;
    	static unsigned int stacked_r2;
    	static unsigned int stacked_r3;
    	static unsigned int stacked_r12;
    	static unsigned int stacked_lr;
    	static unsigned int stacked_pc;
    	static unsigned int stacked_psr;
    	static unsigned int SHCSR;
    	static unsigned char MFSR;
    	static unsigned char BFSR;
    	static unsigned short int UFSR;
    	static unsigned int HFSR;
    	static unsigned int DFSR;
    	static unsigned int MMAR;
    	static unsigned int BFAR;
    	
    	stacked_r0 = ((unsigned long) hardfault_args[0]);
    	stacked_r1 = ((unsigned long) hardfault_args[1]);
    	stacked_r2 = ((unsigned long) hardfault_args[2]);
    	stacked_r3 = ((unsigned long) hardfault_args[3]);
    	stacked_r12 = ((unsigned long) hardfault_args[4]);
    	stacked_lr = ((unsigned long) hardfault_args[5]); 
    	stacked_pc = ((unsigned long) hardfault_args[6]);
    	stacked_psr = ((unsigned long) hardfault_args[7]);
    	SHCSR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED24)));
    	MFSR = (*((volatile unsigned char *)(0xE000ED28)));
    	BFSR = (*((volatile unsigned char *)(0xE000ED29)));
    	UFSR = (*((volatile unsigned short int *)(0xE000ED2A)));
    	HFSR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED2C)));  
    	DFSR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED30)));
    	MMAR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED34)));
    	BFAR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED38))); 
    	
    	printf("\n\n[Hard fault handler - all numbers in hex]\n\n");
    	printf("R0 = %x\n",stacked_r0);
    	printf("R1 = %x\n",stacked_r1);
    	printf("R2 = %x\n",stacked_r2);
    	printf("R3 = %x\n",stacked_r3);
    	printf("R12 = %x\n",stacked_r12);
    	printf("LR[R14] = %x subroutine call return address\n",stacked_lr);
    	printf("PC[R15] = %x program counter\n",stacked_pc);
    	printf("PSR = %x\n",stacked_psr);
    	printf("SHCSR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED24))));
    	printf("BFAR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED38))));
    	printf("CFSR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED28))));
    	printf("HFSR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED2C))));
    	printf("DFSR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED30))));
    	printf("AFSR = %x\n",(*((volatile unsigned long*)(0xE000ED3C))));
    	printf("SCB_SHCSR = %x\n",SCB->SHCSR);
    	
    	while (1);
    }

参考鸣谢：  
[https://www.cnblogs.com/zhangshenghui/p/5944881.html][https_www.cnblogs.com_zhangshenghui_p_5944881.html]

[https://blog.csdn.net/u011857683/article/details/79388652][https_blog.csdn.net_u011857683_article_details_79388652]

[http://news.eeworld.com.cn/mcu/article\_2017110835733.html][http_news.eeworld.com.cn_mcu_article_2017110835733.html]

[http://www.51hei.com/bbs/dpj-39846-1.html][http_www.51hei.com_bbs_dpj-39846-1.html]

[https://blog.csdn.net/qq\_36413982/article/details/89249477][https_blog.csdn.net_qq_36413982_article_details_89249477]

[http://news.eeworld.com.cn/mcu/article\_2016062327235.html][http_news.eeworld.com.cn_mcu_article_2016062327235.html]

好文推荐：  
[https://blog.csdn.net/\_xiao/article/details/78475195][https_blog.csdn.net_xiao_article_details_78475195]

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[http_www.51hei.com_bbs_dpj-39846-1.html]: http://www.51hei.com/bbs/dpj-39846-1.html
[https_blog.csdn.net_qq_36413982_article_details_89249477]: https://blog.csdn.net/qq_36413982/article/details/89249477
[http_news.eeworld.com.cn_mcu_article_2016062327235.html]: http://news.eeworld.com.cn/mcu/article_2016062327235.html
[https_blog.csdn.net_xiao_article_details_78475195]: https://blog.csdn.net/_xiao/article/details/78475195