NativeSample调试过程记录

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//TITLE:
//    NativeSample调试过程记录
//AUTHOR:
//    norains
//DATE:
//    Tuesday  28-September-2010
//Environment:
//    KEIL MDK 4.0
//    .NET Micro Framework
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     有不少朋友来信问我，程序应该如何调试。其实，程序调试无非就是猜测+验证的过程。恰好最近在调试NativeSample，也做了相应的记录，以以此作为本篇的主题。虽然最后并没有真正解决问题，但里面的思路，还是有一定的借鉴价值的。

　　如果我们编译NativeSample是使用如下命令：

　　Msbuild ./Solutions/$PlatformDir$/NativeSample /t:build /p:flavor=debug;memory=ram

 

　　那么在调试时，可能会遇到不少莫名其妙的错误。而这些错误，却都和scatterfile_tools_mdk.xml有关，现在我们就来仔细探究一下。

　　如果是按照《详解STM32F10x在.Net Micro Framework的Processor Properties的取值》（http://blog.csdn.net/norains/archive/2010/09/20/5896807.aspx）这篇文章所述说的来进行取值设置的话，那么生成的scatterfile_tools_mdk.xml文件，将有如下内容：

 

    <Set Name="Heap_Begin"      Value="0x08100000"/>
    <Set Name="Heap_End"        Value="0x084FFFF8"/>
    <Set Name="Stack_Bottom"    Value="+0"/>
　　<Set Name="Stack_Top"       Value="0x08502000"/>

 

　　调试时，汇编"ldr     r0, =StackTop"执行完毕之后，R0为0x08502000，如下图：

　　也就是说StatckTop为0x08502000，和scatterfile_tools_mdk.xml的Stack_Top数值一致。

　　但跑到TinyHal.cpp的BootEntry函数就会出错，如下图：

　　这时候bus fault会源源不断地输出，即使你点击MDK的停止按钮也无济于事，因为你会发现MDK软件已经崩溃了。

　　我们回过头来看看STM32F103ZE的内存设置，如图：

　　可以知道0x0800 0000 ~ 0x0808 0000是flash地址，而现在居然stack和heap的地址设置于flash范围之内，是不是因为这个原因导致了崩溃？

 

　　我们换个思路来思考一下，因为红牛开发板有两片SRAM，根据叶帆的这篇文章《【.Net Micro Framework PortingKit - 02】STM3210E平台构建》（http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2010/01/02/5119171.aspx），我们将stack和heap的地址放到外部RAM中，故scatterfile_tools_mdk.xml的数值我们修改如下：

 

　　<Set Name="Heap_Begin"          Value="0x68000000"/>
  <Set Name="Heap_End"            Value="0x6800FFFC"/>
  <Set Name="Stack_Bottom"        Value="+0"/>
  <Set Name="Stack_Top"           Value="0x6801FFFC"/>

 

　　重新编译，生成新的NativeSample.axf文件。当然，还不要忘记载入相应的ini脚本文件，因为这时候的代码没有对外部SDRAM进行任何初始化，如果想让外部SDRAM能够正常工作，只能借助于脚本文件了。一切准备就绪，这时候进行调试，可以发现已经可以进入到BootEntry函数了，如图：

　　不过执行到LOAD_IMAGE_Length = (UINT32)&Image$$ER_RAM$$Length;这个语句，又会出现错误，如图：

　　虽然错误信息不一样，但此时MDK的表现形式也一样，无法停止调试，MDK完全崩溃，只能选择强制关闭。

 

　　我们还是回过头看看scatterfile_tools_mdk.xml文件的<If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">这个字段：

 

　　<If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
　　<Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x08020000"/>
　　<Set Name="Code_Size"        Value="0x00100000"/>
　　<Set Name="Valid"            Value="true"/>
　　</If>

 

　　而回头看看开始实行局部变量赋值时，此时的R0的地址刚好为0x0802 0000，如图：

　　这个数值和scatterfile_tools_mdk.xml文件中的Code_BaseAddress相一致，是不是问题就出现在这里呢？因为这个地址也是flash的地址！所以，根据叶帆的文章，我们将这几个数值更改如下：

 

    <If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
        <Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x20001000"/>
      <Set Name="Code_Size"        Value="0x0000F000"/>
      <Set Name="Valid"            Value="true"/>
　　</If>

 

　　重新编译NativeSample，然后再调试。不过，这次在下载的时候就出错了，提示地址不对，无法下载，如图所示：

　　看来这次不能依样画瓢，叶帆文章的数值并不适合。当然，这并不是说叶帆的数值不对，因为很可能是我们的设定和他的不同，所以才造成无法下载。不过，这里先将这问题搁下，我们现在换个角度，看看scatterfile_tools_mdk.xml文件的Code_BaseAddress字段是否对代码中的&Load$$ER_RAM$$Base数值有影响。所以，再次对scatterfile_tools_mdk.xml文件的数值进行修改，如下所示：
　　
　　<If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
        <Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x08030000"/>
        <Set Name="Code_Size"        Value="0x00008000"/>
        <Set Name="Valid"            Value="true"/>
　　</If>

 

　　当然，更改了这个之后，也需要对配置文件configure.ini的PC指针进行更改，否则无法正常运行。其更改如下：

　　PC = 0x08030000;

 

　　调试运行，我们发现，&Load$$ER_RAM$$Base确实已经变成0x08030000了，如图：

　　可见scatterfile_tools_mdk.xml文件的Code_BaseAddress字段确实是对&Load$$ER_RAM$$Base有影响。

 

　　然后回头想想，执行LOAD_IMAGE_Start  = (UINT32)&Load$$ER_RAM$$Base;语句时没有任何问题；但到了LOAD_IMAGE_Length = (UINT32)&Image$$ER_RAM$$Length就完蛋了。再看看微软默认生成的scatterfile_tools_mdk.xml文件，Code_BaseAddress为0x0802 0000，是flash的地址，但Code_Size却是0x00100000！这很明显是错误的，因为STM32F103ZE的Flash的大小只有0x0008 0000，而这还是从0x0800 0000开始算起的！如果是从0x08020000开始，那么大小应该是：0x0800 0000 + 0x0008 0000 - 0x0802 0000 = 0x0006 0000！为了验证我们的猜测是否正确，将scatterfile_tools_mdk.xml中的数值更改如下：

 

<If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
　　<Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x08020000"/>
　　<Set Name="Code_Size"        Value="0x00060000"/>
　　<Set Name="Valid"            Value="true"/>
</If>

 

　　再次重新编译，然后进行调试。当然，这时候的脚本文件的PC指针也要记得进行修改。不过，调试之后，发现错误还是依旧，如图：

　　看起来，scatterfile_tools_mdk.xml的Code_Size数值有误还并不是程序崩溃的元凶。

 

　　问题会出在哪里呢？现在暂时还不知道，不过还是暂且搁下。之前我们编译的不是以RAM的方式编译么，那么如果以FLASH的方式会如何呢？用不同的编译方式，重新编译一下NativeSample看看：

 

　　Msbuild ./Solutions/$PlatformDir$/NativeSample /t:build /p:flavor=debug;memory=flash

 

　　开始调试，看看什么情况。不过还是很遗憾，还是会出错，如图：

　　会不会是之前的文件是采用RAM编译，即使后期变更为FLASH也没有更新的缘故？不试试怎么知道？索性，将BuildOutput文件夹删掉，然后重新以如下命令编译NativeSample：

 

　　Msbuild ./Solutions/$PlatformDir$/NativeSample /t:build /p:flavor=debug;memory=flash

 

　　编译完毕之后，再调试看看。不过，这次在下载的阶段就出错了，如图：

　　有了之前的经验，可以知道下载出错是因为scatterfile_tools_mdk.xml中的FLASH相关地址数据不正确。那么应该怎么更改呢？嗯，最开始，还是拿来主义吧，就将叶帆的这篇《【.Net Micro Framework PortingKit - 14】TinyCLR编译与测试 》（http://blog.csdn.net/yefanqiu/archive/2010/02/18/5310634.aspx）文章的数值原封不动拿过来试试，故scatterfile_tools_mdk.xml的flash段数值更改如下：

<If Name="TARGETLOCATION" Value="FLASH">   
        <Set Name="Heap_Begin"          Value="0x68000000"/>
         <Set Name="Heap_End"            Value="0x6801DFFC"/>
        <!-- 8k -->
         <Set Name="Custom_Heap_Begin"   Value="0x6801E000"/>
        <Set Name="Custom_Heap_End"     Value="0x6801FFFC"/>
         <!-- 32k -->
         <Set Name="Stack_Bottom"        Value="0x20008000"/>
         <Set Name="Stack_Top"           Value="0x2000FFFC"/>
        <Set Name="Code_BaseAddress"    Value="0x08000000"/>
        <Set Name="Code_Size"           Value="0x00080000"/>
        <Set Name="Config_BaseAddress" Value="0x00000000"/>  
        <Set Name="Config_Size"         Value="0x00020000"/>  
        <Set Name="Deploy_BaseAddress" Value="0x00020000"/>      
        <Set Name="Valid"               Value="true"/>          
        <IfDefined Name="ALTERNATEFLASHLOCATION">
            <Set Name="Code_BaseAddress" Value="%Code_BaseAddress + Code_Size%"/>
        </IfDefined>
　　</If>
　　
　　不过，直接结果就是，编译出错，如图：
　　
　　
　　可能直接复制的时候，和原来的有误。那么根据叶帆的文章，我们稍微修正一下试试，如下：

　　<Set Name="Heap_Begin"          Value="0x68000000"/>
　　   <Set Name="Heap_End"            Value="0x6801DFFC"/>
　　   <Set Name="Stack_Bottom"        Value="0x20008000"/>
　　   <Set Name="Stack_Top"           Value="0x2000FFFC"/>
　　
　　    <If Name="TARGETLOCATION" Value="FLASH">
　　   
　　        <!-- STM32F103ZE_RedCow has 8MB of 32-bit FLASH at 0x10000000-->
　　        <Set Name="Config_BaseAddress"  Value="0x20001000"/>   
　　        <Set Name="Config_Size"         Value="0x0000F000"/>
　　        <Set Name="Code_BaseAddress"    Value="0x08000000"/>
　　        <Set Name="Code_Size"           Value="0x00080000"/>
　　        <Set Name="Valid"               Value="true"/>
　　
　　        <!-- -->
　　       
　　        <IfDefined Name="ALTERNATEFLASHLOCATION">
　　            <Set Name="Code_BaseAddress" Value="%Code_BaseAddress + Code_Size%"/>
　　        </IfDefined>
　　
　　    </If>
　　
　　 这时候，终于能够正常编译通过了。看看能不能正确下载，点击Download，很遗憾，依然无法下载：
　　
　　
　　这种情形比使用RAM的时候更为糟糕，因为我们连下载这一步还是无法通过。没办法，虽然有点无奈，但我们还是转到RAM方式，至少我们还能下载成功。将scatterfile_tools_mdk.xml文件恢复为如下数值：
　　
　　<Set Name="Heap_Begin"      Value="0x68000000"/>
　　    <Set Name="Heap_End"        Value="0x6800FFFC"/>
　　    <Set Name="Stack_Bottom"    Value="+0"/>
　　    <Set Name="Stack_Top"       Value="0x6801FFFC"/>
　　
　　    <If Name="TARGETLOCATION" Value="FLASH">
　　   
　　        <!-- STM32F103ZE_RedCow has 8MB of 32-bit FLASH at 0x10000000-->
　　        <Set Name="Config_BaseAddress"  Value="0x10020000"/>   
　　        <Set Name="Config_Size"         Value="0x00020000"/>
　　        <Set Name="Code_BaseAddress"    Value="0x10300000"/>
　　        <Set Name="Code_Size"           Value="0x00100000"/>
　　        <Set Name="Valid"               Value="true"/>
　　
　　        <!-- -->
　　       
　　        <IfDefined Name="ALTERNATEFLASHLOCATION">
　　            <Set Name="Code_BaseAddress" Value="%Code_BaseAddress + Code_Size%"/>
　　        </IfDefined>
　　
　　    </If>
　　
　　    <If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
　　
　　        <Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x08020000"/>
　　        <Set Name="Code_Size"        Value="0x00100000"/>
　　        <Set Name="Valid"            Value="true"/>
　　
　　    </If>
　　
　　接着删掉BuildOutput文件夹，重新输入如下命令进行编译：
　　
Msbuild ./Solutions/$PlatformDir$/NativeSample /t:build /p:flavor=debug;memory=ram
　　
　　先试试看，确认编译的文件在LOAD_IMAGE_Length = (UINT32)&Image$$ER_RAM$$Length;的时候是否还会崩溃。如果崩溃，那么意味着我们又开始回到起点，可以继续下一步研究了。
　　
　　回头再看看scatterfile_tools_mdk.xml文件，发现Stack_Bottom 被设置为+0，错误会不会和这有关呢：

　　<Set Name="Stack_Bottom"    Value="+0"/>
　　
　　先试试看，我们将这行更改为

　　<Set Name="Stack_Bottom"    Value="0x68010000"/>
　　
　　编译，然后debug看看。结果还是和之前的一样，没有任何进展。好吧，我们再回头。这个heap不是设置在外部的ram么？那么我设置在CPU内部的RAM会怎么样？所以，将这些数值更改为：

　　    <Set Name="Heap_Begin"      Value="0x68000000"/>
　　    <Set Name="Heap_End"        Value="0x6800FFFC"/>
　　    <Set Name="Stack_Bottom"    Value="0x20001000"/>
　　    <Set Name="Stack_Top"       Value="0x20000200"/>
　　
　　编译完毕，再次debug。结果，还是一样，看来崩溃的问题并不在这里。
　　
　　或许，我们应该将环境设置得和叶帆的一样。因为，这个编译，本来就是针对于在RAM的，虽然我们强制更改了地址，让程序下载到flash后还能跑一小节，但这都是只读的代码。如果涉及到更改内存的内容，就会崩溃。这会不会就是崩溃的源头？因为现在程序是默认下载到flash中的，我们设置一下，让MDK将程序下载到RAM试试。
　　
　　这时候的scatterfile_tools_mdk.xml文件设置如下：

　　<Set Name="Heap_Begin"          Value="0x68000000"/>
　　 <Set Name="Heap_End"            Value="0x6800FFFC"/>
　　 <Set Name="Stack_Bottom"        Value="+0"/>
　　 <Set Name="Stack_Top"           Value="0x6801FFFC"/>
　　 <If Name="TARGETLOCATION" Value="RAM">
　　     <Set Name="Code_BaseAddress" Value="0x20001000"/>
　　     <Set Name="Code_Size"        Value="0x0000F000"/>
　　     <Set Name="Valid"            Value="true"/>
　　</If>
　　
　　先编译，成功之后，当然不能直接下载到flash，否则会和之前的状况一样，提示下载出错。我们换个角度想，之所以无法成功下载，不就是scatterfile_tools_mdk.xml文件的地址和MDK的下载地址不对应么？我们直接更改MDK的地址不就可以了？说改就改，依次点击Option For Target->Utilities->Setting，然后将默认的FLASH地址更改为和scatterfile_tools_mdk.xml文件一致的数值，如图：
　　
　　
　　设置完毕之后，这时候再点击Download，就能够顺利地将程序下载到RAM中了。不过结果还是令人沮丧的，因为到了LOAD_IMAGE_Length = (UINT32)&Image$$ER_RAM$$Length语句，程序还是依然崩溃。
　　
　　因为现在已经能下载到RAM调试了，大环境变了，所以有些旧账可以翻出来试试。一直觉得scatterfile_tools_mdk.xml的Stack_Bottom不顺眼，将它改成如下数值试试：
　　
　　<Set Name="Stack_Bottom"    Value="0x68010000"/>
　　
　　重新编译，开始调试。只可惜，结果还是让人郁闷的，依然在老地方崩溃了。
　　
　　那如果我不用外部的RAM，而是使用内部的RAM，又会有啥结果？继续捣鼓scatterfile_tools_mdk.xml文件，更改如下：
　　
　　    <Set Name="Stack_Bottom"    Value="0x2000FFFC"/>
　　    <Set Name="Stack_Top"       Value="0x20000000"/>
　　
　　当然，这个只是用来测试而已，看看问题出在哪里，所以对于Heap_Begin和Heap_End并没有再进行设置。
　　
　　编译，开始调试，看看结果如何。不过结果更糟糕，在进入BootEntry就出错了，如图：
　　
　　
　　会不会是Stack_Top的数值搞颠倒了？我们将scatterfile_tools_mdk.xml的statck交换一下：

　　<Set Name="Stack_Bottom"    Value="0x20000000"/>
　　    <Set Name="Stack_Top"       Value="0x2000FFFC"/>
　　
　　编译，再开始调试。虽然这次能进入了BootEntry，但却没有跑到LOAD_IMAGE_Start  = (UINT32)&Load$$ER_RAM$$Base，而是在循环中就死掉了。