谈谈STM32(CM3)的Faults异常

描述

看着有儿童节、妇女节这种节日,你们是不是也想有一个程序员的专属节呢?

想过节,做一下梦就好了,还是乖乖加班,把今天的代码敲完,不然又得扣绩效工资啦。

1写在前面

回归现实,本文带领大家学习下STM32中Fault的一些相关知识。

应该有许多朋友在学习,或者开发时遇到过程序进入HardFault_Handler的情况。

那么,你们有多少人认真去分析过Fault这类异常中断呢?下面结合STM32F103,也就是Cortex‐M3内核来给大家讲述一下这些异常中断的内容。

2

Cortex‐M3异常

说起Fault,我们就要说一下Cortex‐M3的异常。

Cortex‐M3 在内核水平上搭载了一个异常响应系统, 支持为数众多的系统异常和外部中断。

CM3部分异常列表:

Cortex

这些异常中断的优先级,有些却是固定的,有些是可以通过软件来配置,如UART发送中断、DMA中断等。

相信大家看到这个列表不会陌生,因为在STM32的启动代码,中断代码中都会看到这些异常。

比如在stm32f10x_it.c文件中,就能看到HardFault_Handler这类Fault异常。

Cortex

向量表

当发生了异常并且要响应它时, CM3 需要定位其处理例程的入口地址。这些入口地址存储在“(异常)向量表”中。而我们的中断函数就对应有一个入口地址。

3

Fault错误异常

在Cortex‐M3中的Fault这种错误异常有:BusFault总线错误、MemManageFault存储器管理错误、UsageFault用法错误、HardFault硬错误。

1.BusFault总线错误

当 AHB 接口上正在传送数据时,如果回复了一个错误信号,则会产生总线错误。

产生的场合可以是:

取指,通常被称作“预取流产”(prefetch abort)

数据读/写,通常被称作“数据流产”(data abort)

执行如下动作可以触发总线异常:

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”

在处理器启动中断处理序列(sequence)后的向量读取时。这是一种罕见的特殊情况,被归类为硬错误。

总线错误诱因:

企图访问无效的存储器 region。常见于访问的地址没有相对应的存储器。

设备还没有作好传送数据的准备。比如,在尚未初始化 SDRAM 控制器的时候试图访问 SDRAM。

在企图启动一次数据传送时,传送的尺寸不能为目标设备所支持。例如,某设备只接受字型数据,却试图送给它字节型数据。

因为某些原因,设备不能接受数据传送。例如,某些设备只有在特权级下才允许访问,可当前却是用户级。

2.MemManageFault存储器管理错误

存储器管理错误多与MPU(内存保护单元)有关,其诱因常常是某次访问触犯了MPU设置的保护策略。

常见诱因:

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

在CM3手册中有这样一段话:

在 MemManage fault 发生后,如果其服务例程是使能的,则执行服务例程。如果同时还发生了其它高优先级异常,则优先处理这些高优先级的异常, MemManage 异常被悬起。

如果此时处理器已经在处理同级或高优先级异常,或者 MemManage fault 服务例程被除能,则和总线 fault 一样:上访成硬 fault,最终执行的是硬 fault 的服务例程。

当我们程序内存访问越界,我们会发现,程序会进入HardFault_Handler中断服务程序。可以结合上面那一段话理解一下。

3.UsageFault用法错误

用法错误发生的诱因:

执行了未定义的指令

执行了协处理器指令(Cortex‐M3 不支持协处理器,但是可以通过 fault 异常机制来使用软件模拟协处理器的功能,从而可以方便地在其它 Cortex 处理器间移植)

尝试进入 ARM 状态(因为 CM3 不支持 ARM 状态,所以用法 fault 会在切换时产生。软件可以利用此机制来测试某处理器是否支持 ARM 状态)

无效的中断返回(LR 中包含了无效/错误的值)

使用多重加载/存储指令时,地址没有对齐。另外,通过设置 NVIC 的对应控制位,可以在下列场合下也产生用法 fault:

除数为零

任何未对齐的访问


4.HardFault硬错误

HardFault硬错误是上面说的三种错误“上访”的结果。如果这些fault错误的服务例程无法执行,它们就会成为“硬伤”——上访(escalation)成HardFault硬错误。

在NVIC 中有一个HardFault硬错误状态寄存器(HFSR),它指出产生HardFault硬错误的原因。

状态寄存器(HFSR):

Cortex

4

如何应对Fault错误异常

在软件开发过程中,我们可以根据各种 fault错误 状态寄存器的值来判定程序错误,并且改正它们。下面给出了各种 faults 的常见诱因,以及应对攻略。

MemManage fault 状态寄存器提供的讯息:

Cortex

总线 fault 状态寄存器提供的讯息:

Cortex

用法 fault 状态寄存器提供的讯息:

Cortex

Cortex

硬 fault 状态寄存器提供的讯息:

Cortex

常用应付Fault错误的方法:

1.恢复:在一些场合下,还是有希望解决产生 fault 的问题的。例如,如果程序尝试访问了协处理器,可以通过一个协处理器的软件模拟器来解决此问题——当然是以牺牲性能为代价的,要不然还要硬件加速干啥。

2.中止相关任务:如果系统运行了一个 RTOS,则相关的任务可以被终结或者重新开始。

3.复位:这也是最后一招。通过设置 NVIC“应用程序中断及复位控制寄存器”中的VECTRESET 位,将只复位处理器内核而不复位其它片上设施。取决于芯片的复位设计,有些CM3 芯片可以使用该寄存器的 SYSRESETREQ 位来复位。这种只限于内核中的复位不会复位其它系统部件。

当然,说了这么多,我们还是要从根源出发,平时保持良好的编程习惯,以及遵循必要的编程规范。

打开APP阅读更多精彩内容
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

×
20
完善资料,
赚取积分