stm32 HardFault_Handler调试及问题查找方法

同时，github上面有很多项目用于stm32等cortex 内核的HardFault_Handler故障查找，可以到硬汉电子论坛去看看，我这里记得segger有SEGGER_HardFaultHandler.c和HardFaultHandler.S，硬汉哥已经将做了stm32的移植修改工作。

还有一个CmBacktrace-master，github可以下载的

以上两个都不叫方便的查找HardFault_Handler。

我在博客园也有整理过文章。有兴趣的可以看看

https://www.cnblogs.com/CodeWorkerLiMing/p/12029880.html

https://www.cnblogs.com/CodeWorkerLiMing/p/12028589.html

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=91746&fromuid=58

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=86354&fromuid=58

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=94364&highlight=MDK%BF%EC%CB%D9%B6%A8%CE%BB

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=19133&highlight=hardfault%2Bsegger

STM32出现HardFault_Handler故障的原因主要有两个方面：

1、内存溢出或者访问越界。这个需要自己写程序的时候规范代码，遇到了需要慢慢排查。

2、堆栈溢出。增加堆栈的大小。

出现问题时排查的方法：

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。由于异常发生时，内核将R0~R3、R12、Returnaddress、PSR、LR寄存器依次入栈，其中Return address即为发生异常前PC将要执行的下一条指令地址。

注意：寄存器均是32位，且STM32是小端模式。(参考Cortex-M3权威)

编写问题代码如下：

 

1. void StackFlow(void)
2.  
3. {
4.  
5. int a[3],i;
6.  
7. for(i=0; i<10000; i++)
8.  
9. {
10.  
11. a[i]=1;
12.  
13. }
14.  
15. }
16.  
17. void SystemInit(void)
18.  
19. {
20.  
21.  
22.  
23.  
24.  
25. RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
26.  
27.  
28.  
29. RCC->CFGR = 0x00000000;
30.  
31.  
32.  
33. RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
34.  
35.  
36.  
37. RCC->PLLCFGR = 0x24003010;
38.  
39. StackFlow();
40.  
41.  
42.  
43. RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
44.  
45. 。。。。。。。。。。。。。。
46.  
47. }

复制代码

 

 

DEBUG如下图

SP值为0x20008560，查看堆栈里面的值依次为R0~R3、R12、Return address、PSR、LR， 例如R0(1027 00 00), 显然堆栈后第21个字节到24字节即为Returnaddress，该地址0x08001FFD即为异常前PC将要执行的下一条指令地址(即StackFlow()后面的语句处RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF)

另一种方法：

默认的HardFault_Handler处理方法不是B .这样的死循环么?楼主将它改成BXLR直接返回的形式。然后在这条语句打个断点，一旦在断点中停下来，说明出错了，然后再返回，就可以返回到出错的位置的下一条语句那儿

 

      Cortex-M3/4的Fault异常是由于非法的存储器访问（比如访问0地址、写只读存储位置等）和非法的程序行为（比如除以0等）等造成的。常见的4种异常及产生异常的情况如下：

BusFault：在fetch指令、数据读写、fetch中断向量或中断时存储恢复寄存器栈情况下，检测到内存访问错误则产生BusFault。
Memory ManagementFault：访问了内存管理单元（MPU）定义的不合法的内存区域，比如向只读区域写入数据。
UsageFault：检测到未定义指令或在存取内存时有未对齐。还可以通过软件配置是否检测到除0和其它未对齐内存访问也产生该异常，默认关闭，需要在工程初始化时配置：

[cpp] viewplaincopyprint?

 

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

HardFault：在调试程序过程中，这种异常最常见。上面三种异常发生任何一种异常都会引起HardFault，在上面的三种异常未使能的情况下，默认发生异常时进入HardFault中断服务程序。使能前三种异常也要在初始化时配置：

[cpp] viewplaincopyprint?

 

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

在默认复位初始化时，HardFault使能，其它三者不使能，因此当程序中出现不合法内存访问（一般是指针错误引起）或非法的程序行为（一般就是数学里面常见的除0）时都将产生HardFault中断。

[url=]2 HardFault调试方法[/url]假设IDE环境为Keil，芯片为STM32F103。
在stm32f10x_it.c中，添加软件断点，一旦调试时出现Hard Fault则会在停在__breakpoint(0)处。



 

•   
• void HardFault_Handler(void)  
• {  
•    
•   if (CoreDebug->DHCSR & 1) {  //check C_DEBUGEN == 1 -> Debugger Connected  
•       __breakpoint(0);  // halt program execution here         
•   }  
•   while (1)  
•   {  
•   }  
• }  

当进入HardFault断点后，菜单栏Peripherals >Core Peripherals >FaultReports打开异常发生的报告，查看发生异常的原因。
  

上面的报告发生了BUS FAULT，并将Fault的中断服务转向Hard Fault。


相对于检测发生了什么异常，定位异常发生位置显得更重要。
（1）打开Call Stack窗口（如下图左侧，断点停在Hard Fault服务程序中）


（2）在Call Stack的HardFault_Handler上右键Show CallerCode（有的Keil版本也可以直接双击）


这时将跳转到发生异常的源代码位置（如上图），异常发生在p->hour=0这一行。这里错误很明显：指针p尚未为成员变量分配内存空间，直接访问未分配的内粗空间肯定出错。

再说明2点：
[1] 在复杂的情况下，即使定位了异常发生位置也很难容易的改正错误，要学会使用Watch窗口对发生错误的指针变量进行跟踪；
[2]在问题不明晰的情况下，尝试分析反汇编代码，就自己遇到的，部分情况下的异常发生在BL等跳转指令处，BL跳转到了不合法的内存地址产生异常

Refrences：
[1] Application Note209. Using Cortex-M3 and Cortex-M4 FaultExceptions. 

 

[2] Cortex-M3权威指南