Keil环境下STM32定位hardfault位置方法和遇到的情况

一、概述

调试过程中难免会遇到各种异常，hardfault算是比较常见的一种。在最开始学习的时候，一度很害怕这种情况，不知道怎么定位，摸不清是哪里导致了问题，全靠猜测。网上有很多定位hardfault问题的教程，基本大差不差，方法就那些。
最近有点时间，我也整理下。本章主要记录下我实践过的hardfault定位办法。后续遇到hardfault相关问题，也一并补充到本文中，方便自己查阅。
主要参考的文档为《CM3权威指南CnR2.pdf》。

二、方法一：Call Stack + Locals

这种方法我认为是最简单的，只需要分两步：

1. 进入仿真后全速运行，进入hardfault后，在Call Stack + Locals窗口，找到HardFault Handler，右键选择Show Caller Code：
   
2. 程序会自动跳转到出问题的代码，重点分析上下文即可。

三、方法二：Show Code at Address

这是搜索到的教程里，描述最多的方法。就是通过SP指针找到PC指针，然后去跳转，也只需要三步即可：

1. 同样是仿真进入hardfault异常，此时重点关注寄存器部分。将SP指针放到memory窗口中，因为寄存器是32位，调整成long型显示看起来更方便，截图时忘记调了。依次是R0~R3、R12、LR、PC、XPRS 寄存器的值，对比Keil左侧寄存器的值，也可以看出来STM32是小端模式。所以找到第六个，即PC寄存器的值：
   
2. 拿到了PC寄存器的值，在Disassembly窗口，右键选择Show Disassembly at Address:
   
3. 在弹出的框中输入PC寄存器的值，然后Go To，程序就会跳转到出现异常的位置。其实应该输入PC值-1（忘记哪里看到过了，找到了再补充原因）：
   

参考链接：添加链接描述、添加链接描述。

3.1 需要通过LR判断SP？

搜到的大部分教程，并不直接使用SP寄存器的值。都是先通过R14(LR)的值，判断将MSP（R14(LR) = 0xFFFFFFE9）或PSP（R14(LR) = 0xFFFFFFFD）的值作为SP值来使用。但是在权威指南中：

而且既然可以通过LR来判断，说明寄存器已经更新完成了，直接使用SP指针不就可以了吗？（这里就暂时存疑吧，我先这样去理解了）

3.1.1 关于MSP和PSP

MSP和PSP都是堆栈指针：

那么如何控制使用MSP还是PSP呢？再看：

这里的CONTROL[1]是指CONTROL寄存器，在Keil仿真时左侧的寄存器里也能够找到它：

CONTROL寄存器选择使用MSP/PSP，发生异常时，通过R14(LR)判断异常前使用的MSP还是PSP。

3.1.2 为什么LR可以去判断

在《权威指南》中给出如下解释：


从这里可以看出，网上教程里根据0xFFFFFFE9和0xFFFFFFFD判断使用MSP还是PSP的依据。实际上是根据bit2判断的，所以有人留言说自己既不是0xFFFFFFE9也不是0xFFFFFFFD，该取哪个指针。

3.2 这样定位的原因 – 入栈

再说下为什么通过SP去找PC可以实现定位呢？Keil左侧的寄存器里本身已经有一个PC了呀？R14寄存器的描述如下：

从黄色高亮的注释语句可以得出，Keil左侧的PC是hardfault函数的地址，对于定位问题并没有帮助。

再顺便记录下STM32的入栈。栈是向下增长的：

四、遇到的hardfault情况

4.1 地址不对齐导致的hardfault

做IAP升级功能，发现只要写flash，一跳转函数就直接进入hardfault。最后发现是传参时，buf没有四字节对齐：

keil本身是默认4字节对齐的呀，仿真查看最开始传入的参数指针也是4字节对齐的。经过查找，是串口解析数据后，去掉了7个字节的包头，传入data部分，就导致了地址不对齐。在函数内定义局部变量，把传入的数据拷贝到后再使用：

4.2 访问地址越界

划分64K片上flash空间，最后2K作为参数存储区。在填写参数起始地址的时候，直接写成了64K（0x08010000），结果读取参数进入hardfault。