ARM Cortex-M系列MCU中HardFault错误定位的方法

 

大家在用STM32的时候有没有遇到过HardFault的问题呢：

之前有一段时间被这个问题困扰了很久，下面针对这个问题做个小总结。

现象还原：在debug模式下进行仿真调试，全速运行再停止运行，程序会跑到 HardFault_Handler函数中，产生 HardFault，即硬错。其产生的原因大概有如下几类：

(1)数组越界操作；

(2)内存溢出，访问越界；

(3)堆栈溢出，程序跑飞；

(4)中断处理错误；

针对HardFault问题的定位，网上有几种方法，大概都是围绕着：在debug模式下，查看一些地址，分析寄存器、函数调用栈等，这是很让人头疼的事情。

这里分享一种简单的、直观的HardFault错误定位的方法，使用开源库：CmBacktrace 。这个库之前已经有介绍过了，这篇笔记我们来实践一下。

CmBacktrace简介

CmBacktrace （Cortex Microcontroller Backtrace）是一款针对 ARM Cortex-M 系列 MCU 的错误代码自动追踪、定位，错误原因自动分析的开源库。主要特性如下：

• 支持的错误包括：
  • 断言（assert）
  • 故障（Hard Fault, Memory Management Fault, Bus Fault, Usage Fault, Debug Fault）
• 故障原因 自动诊断 ：可在故障发生时，自动分析出故障的原因，定位发生故障的代码位置，而无需再手动分析繁杂的故障寄存器；
• 适配 Cortex-M0/M3/M4/M7 MCU；
• 支持 IAR、KEIL、GCC 编译器；

移植及使用（keil）

CmBacktrace 源码地址：

https://github.com/armink/CmBacktrace

把cm_backtrace文件夹复制到我们的工程目录下，并添加至keil工程中，并添加头文件、勾选C99模式：

 

此时，编译会产生几个错误：

 

那是因为有些预处理宏没有找到，打开、修改cmb_cfg.h文件的内容。cmb_cfg.h文件默认内容为：

 

我们修改后的cmb_cfg.h内容变为：

 

这时候编译还会有一个错误，cmb_fault.c与stm32f10x_it.c中的HardFault_Handler函数重定义：

 

需要把stm32f10x_it.c中的HardFault_Handler函数屏蔽掉：

 

这时候就可以编译通过了。下面我们来看看这个库的效果。

我们编写如下测试函数：

左右滑动查看全部代码>>>

void fault_test_entry(fault_test_case_E _test_case)
{
  switch (_test_case)
  {
    case FAULT_TEST_BY_DIV0:
      fault_test_by_div0();
    break;

    case FAULT_TEST_BY_UNALIGN:
      fault_test_by_unalign();
    break;

    default:
      printf("test case error!
");
    break;
  }
}

static void fault_test_by_div0(void) 
{
    volatile int * SCB_CCR = (volatile int *) 0xE000ED14; // SCB->CCR
    int x, y, z;

    *SCB_CCR |= (1 << 4); /* bit4: DIV_0_TRP. */

    x = 10;
    y = 0;
    z = x / y;
    printf("z:%d
", z);
}

然后在主函数中调用测试函数：

 

下载运行程序：

 

可以看到，列出的信息很详细，包括出错原因。按照它的提示，我们运行命令：

左右滑动查看全部代码>>>

addr2line -e stm32f10x_demo.axf -a -f 0800162a 080016b7 08001719

运行这个命令需要用到addr2line.exe工具，这个工具在CmBacktrace源码目录下的tools文件夹中：

 

有32bit和64bit两个版本，根据我们的环境选择，并拷贝到我们的keil工程目录下可执行文件.axf所在的文件夹中：

 

在这个文件中进入到cmd窗口，方法：按下Shift键的同时点击鼠标右键：

 

运行上面那条命令：

 

可以看到addr2line.exe工具给我们定位出了错误相关的代码行号，我们看看对应行的代码是什么：

可见，对应的行号正是出错的地方。

可以看到，使用这个CmBacktrace 库能帮助我们有效、快速地定位到HardFault之类的错误。addr2line命令后面跟着几个地址就是错误相关的地址，这几个地址可以牵扯的内容很深。如果我们不使用CmBacktrace 库，我们可能就得自己去分析这些偏底层的内容了，相关知识可阅读：《Cortex-M3/M4权威指南》。

以上就是本次的笔记分享，如有错误欢迎指出！谢谢

　　审核编辑：汤梓红