如何分析Hard Fault错误的原因？

MamoYU

如何分析Hard Fault错误的原因？ [复制链接]

可能很多工程师在使用Cortex-M处理器做开发的时候最怕遇到的一类错误就是调试时遇到Hard Fault。引发Fault异常的情况有很多，除了程序本身的因素以为，设备外部环境的原因，比如静电，电磁干扰，极端的运行温度、震荡，辐射等也可能会导致系统出现错误。

实际上，为了尽早的检测到问题，Cortex-M处理器才是增加了Fault异常处理机制。所有的错误默认都会触发HardFault异常，包括在Cortex-M0/M0+HardFault都是支持的。Cortex-M3/M3/M7另外还有3个可配置的错误异常处理：

🔸MemManage存储器管理错误

🔸Bus Fault总线错误

🔸Usage Fault用法错误

需要触发这些异常首先需要将它们使能，它们的优先级要大于当前异常的优先级。为了便于检测错误的类型，CortexM3/M4/M7还提供了多个错误状态寄存器(FSR)，利用FSR中的状态位定位到问题也会更加容易。在一些情况下错误地址还会被错误地址寄存器(FAR)捕获，通过FAR可以获知精确读/写时导致的错误。

 

Fault的原因

1、存储管理错误

MemManage错误由MPU配置定义的访问规则引发。例如，非特权的代码访问了只支持特权访问的存储器区域，向被MPU定义为只读的存储器位置进行写操作，试图从不可执行区域（XN）执行代码。这些访问可以是在指令执行，取指期间的数据访问或执行过程中的栈操作。

2、总线错误

Bus Fault是由存储器访问期间从处理器总线接口上收到的错误响应触发。包括取值，数据读写和栈操作。如果取指产生了总线错误，只有错误的位置进入执行阶段时才会触发总线错误。

总线错误分为精确的总线错误和不精确的总线错误两类。精确的总线错误是在存储器访问指令执行后错误异常立即产生。不精确的总线错误是因为处理器总线接口上存在写缓冲，存储器访问指令执行一段时间后才产生错误异常。有时候为了方便调试可以使用辅助控制寄存器中的DISDEFWBUF位禁止写缓冲。

3、用法错误

Usage fault可由多种情况引发。包括执行未定义的指令，非对齐操作，除零，非法指令(试图切换到ARM状态，执行协处理器指令)，使用多重加载/存储指令时地址没对齐。

使能Fault处理

这些Fault异常默认都是禁止的，所以都会上访成HardFault。可以通过系统处理控制和状态寄存器(SCB->SHCSR)来使能，将位16~位18置1就会使用这些Fault异常。

SCB->SHCSR |= SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk | SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk | SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk;  //Set bit 16~18

Fault分析

发生存储管理错误时，可以查看存储器管理错误状态寄存器了解异常的类型，SCB->CFSR中的最低字节是Memory Manage Fault(MFSR)，地址：0xE000ED28。

若MFSR中的DACCVIOL为1或IACCVIOL为1，则产生错误的代码可由栈帧中的PC定位。

若MMARVALID位为1，可以利用MemManage错误地址寄存器(SCB->MMFAR)确定引发错误的存储器地址。

发Bus Fault时，可以查看总线错误状态寄存器了解异常的大致类型，供异常处理程序分析。SCB->CFSR中的第二字节是Bus Fault(BFSR)，地址：0xE000ED29。

IBUSERR表示总线错误由取指令期间的错误引发，错误的指令地址可以由栈帧中的PC确定。PRECISERR和IMPRECISERR都用于数据访问，PRECISERR=1表示是精确的总线错误，且错误的地址会被写入总线错误地址寄存器(SCB->BFAR)。IMPRECISERR=1表示不是精确的总线错误，压栈的PC无法反映错误的指令地址，且错误传输的地址也不会显示在BFAR中。

发生用法错误时，可通过查看寄存器了解出错的原因SCB->CFSR的高半字是 Usage Fault(UFSR)，地址：0xE000ED2A。

Hard错误状态寄存器中记录有产生硬错误异常的诱因，SCB->HFSR，地址：0xE000ED2C。

错误处理

当异常发生时，R0~R3, R12, LR,PC,xPSR被硬件自动入栈保存，也称为栈帧。栈帧保存在哪个堆栈中此时的LR决定，当LR的bit2为1，保存在主堆栈，由MSP指向；当LR的bit2为0，则保存在进程栈，由PSP指向。

因此，通过对栈帧进行分析，结合上面的各个Fault寄存器中的信息就能分析出多种引发错误的原因了。

freebsder

有时候异常处理里面直接return可以跳到出异常的地方

哈哈学习

这个东西是有点烦，好象RTT家的朱天龙，写了一个库，可以参考用一下啊。