STM32 LWIP 接收大数据包导致Hardfault问题解决记录

问题描述

一套设备使用了 STM32H743，使用CubeMX IDE 配置以太网，加上了Freertos和LWIP，主要业务是收发UDP数据，现场一直工作良好。部署后现场反馈说开机几分钟后LED不闪烁，经我调试发现是进入了Hardfault。 抓包发现现场内网存在广播设备，全网段10hz以上广播3000到4000字节的UDP数据包。

还原现场，在自己电脑python编程进行UDP广播数据发送，的确出现了每帧数据6K，且数据频率较快时，MCU不一会就出现死机现象。

问题排查

1. 最先想到Freertos在任务堆栈不够时，会有一样现象，加大任务堆栈到2K，问题依旧。
2. 提高Lwip内MEM_SIze,等缓冲区设置，问题依旧。
3. 修改Lwip内各种内存分配大小相关的值，问题依旧。

受到以下文章启发：

工程师笔记 | Lwip中和 IP分包相关的参数

和我遇到的问题很类似，可能需要改动ETH驱动底层接收数组的大小。

查看CubeMX生成的RX_buffer代码在哪

CubeMX IDE 生成的是GCC编译器

宏定义ETH_TX_DESC_CNT和ETH_RX_DESC_CNT在stm32h7xx_hal_conf.h文件里面

#define ETH_TX_DESC_CNT         4  /* number of Ethernet Tx DMA descriptors */
#define ETH_RX_DESC_CNT         4  /* number of Ethernet Rx DMA descriptors */

可以看到以太网底层DMA数组大小是4个，每个 ETH_RX_BUFFER_SIZE 是 1524，为啥是1524是因为以太网TCP或者UDP最大分包就是这么大，再大也会被分片后发出。

到这里问题的原貌是：

当广播的用户发送一个6K左右的大数据包时，分包后相当于发出了4个连续的 1500字节以上的数据包，这样会导致单片机的DMA无法处理，出现内存异常。

这样解决方案就简单了，一是关闭广播，让他分为更小的包发送。另外一个是加大我们一次处理1500个字节数据包的能力。也就是改大 ETH_TX_DESC_CNT.

解决方案

直接改动 ETH_TX_DESC_CNT 宏定义为8，编译错误。错误出现在链接阶段。

STM32H743ZITX_FLASH.ld:148 cannot move location counter backwards (from 00000000300400c0 to 0000000030040060)

报错基本说上是无法把一个东西放入0x30040060，要用到0x300400c0

H7 由于有I-cache 和MPU，以太网相关的内存定义到特定区段内，这是用 ld 链接脚本实现的：

  .lwip_sec (NOLOAD) : {
    . = ABSOLUTE(0x30040000);
    *(.RxDecripSection) 
    
    . = ABSOLUTE(0x30040060);
    *(.TxDecripSection)
    
    . = ABSOLUTE(0x30040200);
    *(.RxArraySection) 
  } >RAM_D2 AT> FLASH  

在 RAM_D2内分3个标记，RxDecripSection 从 0x30040000开始，TxDecripSection 从 0x30040060 开始，RxArraySection 从 0x30040200 开始。

分别对应开头提到的3个DMA数组，由于被DMA访问，需要设置位置，进行MPU设置。

由于我改动了 ETH_TX_DESC_CNT，导致第一个数组变大，所以第二个TxDecripSection已经不能从0x30040060开始。所以第二个起始改为0x300400c0

改动完毕，发现不能ping通，检查MPU设置，原来以下这段也是根据官方以太网历程添加。

/* MPU Configuration */

void MPU_Config(void)
{
  MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct = {0};

  /* Disables the MPU */
  HAL_MPU_Disable();
  /** Initializes and configures the Region and the memory to be protected
  */
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30040000;
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_256B;
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x0;
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;

  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

0x30040000 开始，
MPU_REGION_SIZE_256B
对256Byte大小区域做了不可共享，不可缓存保护.

/** 
  * @brief  ETH DMA Descriptor structure definition
  */
typedef struct
{
  __IO uint32_t DESC0;
  __IO uint32_t DESC1;
  __IO uint32_t DESC2;
  __IO uint32_t DESC3;
  uint32_t BackupAddr0; /* used to store rx buffer 1 address */
  uint32_t BackupAddr1; /* used to store rx buffer 2 address */
}ETH_DMADescTypeDef;

但是我用8*2个ETH_DMADescTypeDef类型，，一个24字节，那就是已经用了380多字节，原来256B的保护行为要扩充了。

所以设置MPU要保护更多的内容，Size改为512.

最后ping通恢复，长时间 每帧 8K 数据冲刷 ， 正常通过，结案。