WinCE系统下应用崩溃原因的分析方法

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做为程序员，最怕什么？Bug？大家都清楚，调试期的 Bug 并不可怕，那怕是那些神龙见首不见尾的 INT(随机、没有规律) Bug。

做为嵌入式程序员，也是一样的。一般来说嵌入式系统都提供了异常分析的方法，特别是强大的调试工具，这些工具使用在 PC 上编程使用的工具是一样的，例如：Visual Studio 系列。但是一些专用的、或小的嵌入式系统，可能会提供专用的调试工具。虽然从功能上来说，没有微软提供的 VS 功能强大，使用起来也不太方便，但也会提供类似的调试功能。这里我主要讨论的还是微软提供的工具。
目前，在车载与 PND 市场，使用 WinCE 系统的比较多。在 WinCE6.0 系统中，如果应用发生较严重的错误时，一般都会弹出系统标准的、令人十分讨论的应用错误对话框。大概提示：XXX.exe出现严重错误，必须被关闭。
如何解决此类问题呢？
只要能接上调试串口，或与调试工具连接，如VS2008等，获取出错时的异常信息后，就可以来分析异常可能的原因。
但如果设备已经处于量产状态，无法连接输出 LOG 的串口和调试 USB 口时，如何能捕捉到异常信息呢？
在无法彻底解决此类问题的情况下，有人就想能不能不让系统显示那个错误对话框。为了能使应用“优美”的退出(网络上的说法)，即程序退出时不出现述的错误对话框，有人曾试着去修改 WinCE 提供的内核代码，但这部分应该是属于未开源的部分。所以此方法也行不通的！


解决此类问题的根本办法当然是提高编码的质量，然后加强质量保证（即测试），尽量将 Bug 消灭在研发阶段。因为研发阶段，有大量的调试工具可以使用，如下述的第一种方法。
在没有调试工具可以依赖时，有没有办法获取到异常信息呢？方法当然是有的，如下述第二种和第三种方法。为什么要说第一种方法呢，因为它提供的信息是最基础的，是后面两种方法都要用到的基础。在这里， 我重点推荐的是第三种方法。因为它的处理比较独立、在 WinCE 系统中比较有效、且方便集成到已有代码中，实现异常捕获。


第一种方法：如果有输出 LOG 串口可说时，串口输出的异常信息，加 MAP 文件一起分析错误的出处，可以到函数一级。所以要求在调试时一定要将对应版本的 MAP 文件一起保留，用于后继异常问题的分析。

对于如下的测试代码：

void TestCrashFunc(void)
{
  int *pNullPoint = NULL;

  RETAILMSG(1,(L"-----------------------------%d\r\n",pNullPoint));
  *pNullPoint = 0;
  RETAILMSG(1,(L"-----------------------------%d,%d\r\n",pNullPoint,*pNullPoint));
}

void CallCrashFunc(void)
{
  TestCrashFunc();
}

void CSmartDeviceMFCDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{
  // TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
  if(1 == nIDEvent)
  {
    KillTimer(1);
    CallCrashFunc();
    
    // 其它的功能
  }
  CDialog::OnTimer(nIDEvent);
}

在 WinCE6.0 和 WinCE7.0 下运行时，串口的输出内容基本上是相同的，但在 WinCE7.0 下没有出错的对话框。
串口中输出的 Crash 信息如下：

Exception 'Data Abort' (0x4): Thread-Id=0780000a(pth=c08e24e0), Proc-Id=077e000a(pprc=c088da7c) 'SmartDeviceMFC.exe', VM-active=077e000a(pprc=c088da7c) 'SmartDeviceMFC.exe'
PC=00011738(SmartDeviceMFC.exe+0x00001738) RA=4002ac4c(coredll.dll+0x0001ac4c) SP=0004f6a8, BVA=00000000
Exception 'Raised Exception' (0x116): Thread-Id=0780000a(pth=c08e24e0), Proc-Id=00400002(pprc=8360b5e0) 'NK.EXE', VM-active=077e000a(pprc=c088da7c) 'SmartDeviceMFC.exe'
PC=eff6ed60(k.coredll.dll+0x0001ed60) RA=8052a62c(kernel.dll+0x0000e62c) SP=d9bbf3b4, BVA=ffffffff

从对应的 MAP 文件中查到是 TestCrashFunc 函数出错(PC 指针 0x00001738 + MAP 文件中的 Preferred load address 偏移量)，此例中出错时位置为：0x00001738 + 00010000 = 00011738：

SmartDeviceMFC
 Timestamp is 539fa9e3 (Tue Jun 17 10:37:23 2014)
 Preferred load address is 00010000
......
 0001:000006a8       ?InitInstance@CSmartDeviceMFCApp@@UAAHXZ 000116a8 f   SmartDeviceMFC.obj
 0001:00000708       ?OnCbnDropdownCombo1@CSmartDeviceMFCDlg@@QAAXXZ 00011708 f   SmartDeviceMFCDlg.obj
 0001:00000714       ?TestCrashFunc@@YAXXZ      00011714 f   SmartDeviceMFCDlg.obj
 0001:0000075c       ?BeginModalState@CWnd@@UAAXXZ 0001175c f i SmartDeviceMFCDlg.obj
 0001:00000768       ?EndModalState@CWnd@@UAAXXZ 00011768 f i SmartDeviceMFCDlg.obj
 0001:00000774       ??_GCComboBox@@UAAPAXI@Z   00011774 f i SmartDeviceMFCDlg.obj

由此可见 WinCE7.0 系统对这种对空指针赋值等异常是做了一些处理的，至少不再弹出那个令人十分讨厌的对话框，也不影响后继其它功能的执行。在 WinCE6.0 下如果出现类似的对话框，则应用就会退出。


第二种方法：使用 __try 和 __except。在开源的多媒体播放器 TCPMP 中，就有如下的用法。
先定义两个宏，然后将重要的处理线程代码包含在定义的这两个宏中，以捕捉两个宏之间代码出现的异常。这样做有一个缺点：但代码量很大时，就需要增加很多对这两个宏的调用。

#define SAFE_BEGIN __try {
#define SAFE_END ;} __except (SafeException(_exception_info())) {}

可以看到 WinCE 下的使用方法，与 PC 上 SEH（Structured Exception Handling）是一样的。如下所示：

__try 
{
   // guarded code
}
__except ( expression )
{
   // exception handler code
}

以下是 TCPMP 中一个关键线程的异常处理代码(TCPMP 线程的代码，没有完整的给出，有兴趣的童鞋请自己去看 TCPMP 的源代码)，其中两个定义的异常处理宏，将线程的所有代码包含在内。

static int ProcessThread(player_base* p)
{
  int Result = ERR_NONE;

#ifdef MULTITHREAD
  SAFE_BEGIN

  while (p->Wnd)
  {
    ......
    if (p->RunProcess)
    {
      processstate State;
      State.Fill = p->Fill;

      p->Timer->Get(p->Timer,TIMER_TIME,&State.Time,sizeof(tick_t));

      //DEBUG_MSG1(DEBUG_PLAYER,T("Process Time:%d"),State.Time);

      Result = p->Format->Process(p->Format,&State);

      if (Result == ERR_SYNCED)
      {
        ......
      }
      else if (p->Fill && (Result == ERR_END_OF_FILE || Result == ERR_BUFFER_FULL
        || (Result == ERR_NEED_MORE_DATA && (p->NoMoreInput || State.BufferUsedAfter >= p->CurrBufferSize2-2))))
      {
        ......
      }

      ......
    }
    ......
  }

  SAFE_END
  return 0;
}

此种实现方法，最最关键是 SafeException() 函数中分析与记录异常信息的办法。
但由于在 TCPMP 中，获取异常的信息与 TCPMP 的软件框架结合在一起。需要移植此部分代码到其它工程时，需要将有用的代码分离出来，其实这个也比较简单。
只要将与 EXCEPTION_POINTERS 相关的代码拿出来即可。

int SafeException(void* p)
{
  EXCEPTION_POINTERS* Data = (EXCEPTION_POINTERS*)p;

  // 删除了无关的代码 - 此部分代码是 TCPMP 中的代码，所以未做排版。
  {
    {
      const uint8_t* ContextRecord = (const uint8_t*) Data->ContextRecord;
      EXCEPTION_RECORD* Record = Data->ExceptionRecord;

      switch (Record->ExceptionCode)
      {
      case STATUS_ACCESS_VIOLATION:   Name = T("Access violation"); break;
      case STATUS_BREAKPOINT:       Name = T("Breakpoint"); break;
      case STATUS_DATATYPE_MISALIGNMENT:  Name = T("Datatype misalignment"); break;
      case STATUS_ILLEGAL_INSTRUCTION:  Name = T("Illegal instruction"); break;
      case STATUS_INTEGER_DIVIDE_BY_ZERO: Name = T("Int divide by zero"); break;
      case STATUS_INTEGER_OVERFLOW:   Name = T("Int overflow"); break;
      case STATUS_PRIVILEGED_INSTRUCTION: Name = T("Priv instruction"); break;
      case STATUS_STACK_OVERFLOW:     Name = T("Stack overflow"); break;
      default:              Name = T("Unknown"); break;
      }

      if (Record->ExceptionCode == STATUS_ACCESS_VIOLATION)
      {
        if (Record->ExceptionInformation[0])
          Name = T("Write to");
        else
          Name = T("Read from");
      }
      
      //...... 关键是处理 EXCEPTION_POINTERS 结构体相关的成员
      // 其它一些相关的，如可执行程序文件名等，根据需要来获取
  }
}

第三种方法：使用函数 AddVectoredExceptionHandler()。
在 WinCE 下使用此函数，需要包含头文件: TlHelp32.h 和库文件: toolhelp.lib。由于此函数属于 WinCE 示公开的 API，所以帮忙只要以 PC 上为准。
使用此函数，是向 WinCE 系统注册一个矢量异常处理程序，但有异常发生时会调用此处理程序。
函数的原型如下（MSDN)，各参数具体的含义，请参考 MSDN。这里就不做翻译了。

PVOID WINAPI AddVectoredExceptionHandler(__in ULONG FirstHandler, __in PVECTORED_EXCEPTION_HANDLER VectoredHandler);

以下代码，演示了如何使用 AddVectoredExceptionHandler() 函数:
(1) AddVectoredExceptionHandler(1,MyVectoredExceptionHandler);

(2) 定义异常处理程序

LONG WINAPI MyVectoredExceptionHandler(struct _EXCEPTION_POINTERS *pExceptionInfo)
{
  typedef ULONG (WINAPI *lpGetThreadCallStack)(HANDLE,ULONG,LPVOID,DWORD,DWORD);
  /* 在使用时，必须包含一些头文件。这些头文件，需要从 WinCE 的安装目录中获得。
  OS Versions: Windows CE 5.0 and later.
  Header: Pkfuncs.h.
  */
  typedef struct _CallSnapshotEx
  {
    DWORD dwReturnAddr;
    DWORD dwFramePtr;
    DWORD dwCurProc;
    DWORD dwParams[4];
  }CallSnapshotEx;
  // 打印 Dump 信息 
  ......
  // 打印 SP 堆栈
  ......
  ULONG *punSp = (ULONG *)pExceptionInfo->ContextRecord->Sp;
  // 获取线程堆栈调用
  HMODULE hCore = LoadLibrary(L"coredll.dll");
  if(NULL != hCore)
  {
    lpGetThreadCallStack pGetThreadCallStack = (lpGetThreadCallStack)GetProcAddress(hCore,L"GetThreadCallStack");
    if(NULL != pGetThreadCallStack)
    {
    }
  }
  // 获取进程内 dll 信息
  MODULEENTRY32 CurrentModule;
  HANDLE hSnapShot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPMODULE,GetCurrentProcessId());
  if((HANDLE)-1 != hSnapShot)
  {
    // 调用  Module32First  和 Module32Next 完成 Module 枚举
  }
}

是否还需要其它信息来分析程序出现异常的原因，可以参考 MSDN 中对结构 _EXCEPTION_POINTERS 中各成员的说明。然后将有用的信息，写到 SD 卡等可永久存贮的设备中。这样就不必为担心找不到用于分析异常的资源，且此记录的文件中的信息远大于串口输出的异常信息。同时，也可以根据需要输入一些应用(进程)的相关信息。
可以将此异常捕获功能的代码，封装成一个 LIB 来供使用程序调用。


相对于 PC Windows 下感知程序崩溃（其实就是运行时的严重错误）的方法，WinCE 还是比较少的，且真正被用的更是少之又少。
PC 下除了以上第二和第三种方法外，还有以下 3 个核心的函数可以感知程序的异常，分别是：
SetUnhandledExceptionFilter(HandleException)，功能是确定出现没有控制的异常发生时调用的函数为 HandleException；函数在 WinCE 上是不可用的，无100%替代函数。
_set_invalid_parameter_handler(HandleInvalidParameter)，功能是确定出现无效参数调用发生时调用的函数为 HandleInvalidParameter；
_set_purecall_handler(HandlePureVirtualCall)，功能是确定纯虚函数调用发生时调用的函数为 HandlePureVirtualCall。


充分利用 Bug 的解决方法，是一个程序员成长的必由之路。因为程序员的工作不只是编码，还包括前期设计与后期的产品问题的修复等。
好的应用，就应该像 TCPMP 一样，在异常来临时能正确的提示用户，这样的程序的崩溃也朝“优美”迈进了一步。同时，也提供的开发人员分析异常的信息：记录在文件中。