代码收藏家技术教程 2024-12-12

MCU无法接仿真器时的HardFault问题查找与分析

1、问题现象

这是一个IAR的裸机工程，用的LPC1778芯片。从打印信息上看到，上电后跑到”systime init”就没反应了，此句代码如下，正常会打印”systime init OK!"。

printf("systime init OK!");

2、问题原因

2.1、问题定位思路

触发硬件错误时打印当前栈帧与fault相关寄存器，通过栈回溯定位到出错时的代码，再通过fault相关寄存器查明错误原因。

2.2、实现硬件错误中打印栈帧与fault相关寄存器代码

代码逻辑如下，触发硬件错误时，先将当前MSP存入R0，再跳转执行HardFault_printf打印栈信息。注：函数的形参存放在R0-R3，放不下则存放到栈中，返回值存放在R0。注：裸机的栈是MSP，有操作系统时需根据异常返回值LR来决定触发硬件错误时刻的栈是MSP还是PSP。

void HardFault_Handler(void)
{
    __asm("mrs r0,msp");
    __asm("b HardFault_printf");
}
void HardFault_printf(uint32_t *msp_value)
{
    printf("HardFault Handler\r\n");
    printf("MSP:0x%08x\r\n\n",msp_value);

    printf("r0: 0x%08x\r\n", msp_value[0]);
    printf("r1: 0x%08x\r\n", msp_value[1])；
    printf("r2: 0x%08x\r\n", msp_value[2])；
    printf("r3: 0x%08x\r\n", msp_value[3])；
    printf("r12: 0x%08x\r\n", msp_value[4])；
    printf("1r: 0x%08x\r\n", msp_value[5])；
    printf("pc: 0x%08x\r\n", msp_value[6]);
    printf("xPSR: 0x%08x\r\n\n", msp_value[7]);

    printf("Oxe000ed28 = 0x%08x\r\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed28)))；
    printf("Oxe000ed2c = 0x%08x\r\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed2c)))；
    printf("Oxe000ed30 = 0x%08x\r\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed30)))；
    printf("Oxe000ed3c = 0x%08x\r\n\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed3c)))；

    printf("Oxe000ed34 = 0x%08x\r\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed34)));
    printf("Oxe000ed38 = 0x%08x\r\n", (*((volatile uint32_t *)0xe000ed38)));

    while(1);
}

编译运行后，串口打印"switch in"就没反应了(代码逻辑如下)，HardFault_printf完全没打印，因为代码仅仅是重定义了HardFault_Handler函数，在里面加了打印，所以先看看打印接口的实现原理。

printf("systime init OK!");    //没修改HardFault_Handler之前，在这里面死掉
//其他初始化代码...
printf("switch init OK!");    //修改HardFault_Handler之后，在这里面死掉

排查发现此工程是异步打印，将要打印的数据存放进环形缓存区，每次调用printf函数，如果串口空闲，都会打印16个字节（串口使能了fifo，一次最大16字节），忙碌则直接返回。进入HardFault_Handler函数时，串口还在工作中，导致HardFault_printf里的信息一条都没打印出来。因此将串口打印改成阻塞式的同步打印逻辑，HardFault_printf里的打印信息如下。

r0: 0x1000ebb2
r1: 0xe000e100
r2: 0x00000002
r3: 0x00000000
r12: 0x000005b5
1r: 0x0001f315
pc: 0x00020598
xPSR: 0x01000000

0xe000ed28 = 0x01000000
0xe000ed2c = 0x40000000
0xe000ed30 = 0x00000000
0xe000ed3c = 0x00000000

0xe000ed34 = 0xe000ed34
0xe000ed38 = 0xe000ed38

2.3、找到出错语句

通过上述打印的寄存器可以看到，出错时的pc值为0x00020598，通过IAR自带工具生成反汇编文件，查找此地址，得到出错语句是” temp =*((unsigned long long *(&spi buf[2])); ” 它是将 char* 类型强制转换为 unsigned long long * 类型去解引用。

2.4、分析出错原因

中断里还打印了下述寄存器值，根据" 0xe000ed28 = 0x01000000 " 分析后得出错误原因是未对齐访问导致的fault。

印象中，只有M0不支持非对齐访问，所以找到LPC177X手册看看有无相关说明，还真有，如下图。非对齐的 LDM、STM、LDRD 和 STRD 指令总是出错，再查看之前的反汇编，使用的正是LDRD指令，才因此出错。

UNALIGN_TRP位默认是0，不捕获非对齐半字和字访问，也就是说使用支持非对齐访问的汇编指令时，默认情况不会报错。

3、解决方案

搞懂了前因后果，那就可以对症下药了，实现一个API，传入unsigned char *，返回unsigned long long就行了，编译烧录运行，问题解决。

unsigned long long get_unsigned_long_long_value(unsigned char *value)
{
    unsigned long long result = 0;

    for(unsigned char i=0; i<sizeof(unsigned long long); i++)
        result |= (unsigned long long)(value[i]) << (i*8);

    return result;
}

void fun(void)
{
    //代码逻辑...
    // temp =*((unsigned long long *(&spi buf[2])); 
    temp = get_unsigned_long_long_value(&spi buf[2]); //更改后的temp赋值逻辑
    //代码逻辑...
}

作者：小牛马的自我修养