剖析Cortex-M3发生Fault故障类型及产生原因

我们平时的项目，可能会遇到死机的情况，通过在线调试，或者打印消息，可能会发现，怎么进入了 HardFault_Handler 中断呢？   这种“硬故障”是我们常见的一种故障，导致硬故障的原因也有很多。本文针对 Cortex-M3 说说 Fault 故障相关的内容。  

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Fault故障种类

Fault故障的种类有很多，拿本文Cortex-M3来说，主要有：

HardFault：硬故障

MemManage：存储器管理故障

BusFault：总线故障

UsageFault：用法故障

比如，在stm32f10x_it.c源代码中，有这样的中断入口：

void HardFault_Handler(void){ /* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */ while (1) { }}

　　void MemManage_Handler（void）{ /* Go to infinite loop when Memory Manage exception occurs */ while （1） { }}

　　void BusFault_Handler（void）{ /* Go to infinite loop when Bus Fault exception occurs */ while （1） { }}

　　void UsageFault_Handler（void）{ /* Go to infinite loop when Usage Fault exception occurs */ while （1） { }}

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Fault故障描述

每一种Fault故障的产生，都肯定是有一定原因的，如果你代码产生了Fault故障中断，说明代码某些地方引起了Fault故障。

1.HardFault：硬故障

通过截图的描述，你会发现硬故障是一种“不可编程”的故障，因为存储器管理故障、总线故障、用法故障如果不能得到执行，就为上访为硬故障。

比如：比如在取向量时产生的总线故障也按会硬故障进行处理。所以，你会发现出现故障，很多时候都是硬故障。

硬故障状态寄存器描述：

通过状态寄存器，你会发现产生硬故障的原因有以上几种。   2.MemManage：存储器管理故障 存储器管理故障通常与MPU（内存保护单元）有关，之前给大家分享过MPU相关的文章《什么是Cortex-M内核的MPU？》。   通常就是我们说的“内存越界”就会导致存储器管理故障，细说引起该故障的诱因有：

访问了 MPU 设置区域覆盖范围之外的地址

往只读 region 写数据

用户级下访问了只允许在特权级下访问的地址

存储器管理故障状态寄存器：

通过状态寄存器，你会发现引起该故障的一些原因。   3.BusFault：总线故障 总线故障，顾名思义就是对“总线”操作出现问题，导致的故障。   比如：当 AHB 接口上正在传送数据时，如果回复了一个错误信号(error response)，则会产生总线故障。   产生总线故障的场合：

取指，通常被称作“预取流产”

数据读/写，通常被称作“数据流产”

触发总线故障的动作：

中断处理起始阶段的堆栈 PUSH 动作。称为“入栈错误”

中断处理收尾阶段的堆栈 POP 动作。称为“出栈错误”

同样，通过总线故障状态寄存器了解产生的原因：

4.UsageFault：用法故障 用法故障相对不常见，出现该故障通常是进行了“未对齐访问操作”，其他导致该故障问题很少见。   比如：执行了未定义的指令、除数为0（编译器都会避免）、无效的中断返回等这些情况比较少见。   用法故障状态寄存器：

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应对故障

不知道大家平时有没有对这些进行有效避免？

这里简单说几点应对故障的措施：

1.通过故障状态寄存器的值来判定程序错误

在故障中断函数中，读取故障的状态（上面描述了状态寄存器），比如硬故障：

void HardFault_Handler(void){  //读取状态寄存器，打印状态寄存器，判断什么原因引起故障  printf("状态x信息"); while (1) { }}

如果不想系统处于死机状态，可以在中断里面做软复位。

2.提前对代码进行分析、预判

比如：通过代码静态分析工具，对代码进行分析、查找bug。

前不久才分享过一篇文章：推荐几个代码静态分析工具

编辑：jq