1.HardFault介紹

在ARM處理器中，如果一個(gè)程序產(chǎn)生了錯(cuò)誤并且被處理器檢測到，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤異常。Cortex-M0+處理器只有一種異常用以處理錯(cuò)誤：HardFault。

HardFault，可重復(fù)且不可能恢復(fù)的故障。當(dāng)它發(fā)生時(shí)，意味著微控制器出現(xiàn)了問題，并且需要采取修復(fù)錯(cuò)誤。

2.HardFault錯(cuò)誤是如何產(chǎn)生的

Cortex-M0+產(chǎn)生HardFault錯(cuò)誤的類型主要有以下三種：

存儲(chǔ)器相關(guān)：

-- 總線錯(cuò)誤（可以是程序訪問也可以是數(shù)據(jù)訪問），在總線傳輸中使用非法地址會(huì)產(chǎn)生error；

-- 試圖在標(biāo)記為不可執(zhí)行的存儲(chǔ)器區(qū)域內(nèi)執(zhí)行程序；

-- 試圖在系統(tǒng)控制空間中訪問非特權(quán)訪問等級的寄存器（非特權(quán)訪問功能在M0+處理器中為可選功能）；

-- 存儲(chǔ)器訪問和定義在存儲(chǔ)器保護(hù)單元中的設(shè)置沖突(存儲(chǔ)器保護(hù)單元在M0+處理器中為可選功能)；

程序錯(cuò)誤：

-- 未定義指令的執(zhí)行；

-- 試圖切換至ARM狀態(tài)：Cortex-M0+處理器無ARM指令，正常情況下處理器不會(huì)切至ARM狀態(tài)；

-- 試圖進(jìn)行非對齊存儲(chǔ)器訪問；

-- Cortex-M0+處理器支持的Thumb指令只能產(chǎn)生對齊訪問，也就是說傳輸?shù)刂分荒苁莻鬏敶笮〉恼麛?shù)倍； 如字傳輸（32位）只能訪問0x0/0x4/0x8/0xc之類的地址；

--通常情況下，使用C編譯器不會(huì)產(chǎn)生任何非對齊訪問（有編譯器自動(dòng)完成）；如果C程序直接操作一個(gè)指針，則可能存在非對齊訪問；

-- 使用匯編編程時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)非對齊傳輸；

-- 當(dāng)SVC異常優(yōu)先級與當(dāng)前的優(yōu)先級相比相同或更小時(shí)，試圖執(zhí)行SVC指令；

-- SVC只能運(yùn)行在線程模式或者比SVC自身優(yōu)先級低的異常處理中（SVC一般在OS環(huán)境中使用），否則會(huì)觸發(fā)硬件錯(cuò)誤異常；

-- 執(zhí)行異常返回時(shí)EXC_RETURN的值非法；

-- EXC_RETURN在Cortex-M0+處理器中的合法值為0xFFFFFFF1、0xFFFFFFF9、0xFFFFFFFD;

-- 當(dāng)調(diào)試未使能時(shí)（沒有連接調(diào)試器），試圖執(zhí)行斷點(diǎn)指令(BKPT)；

-- BKPT指令為調(diào)試過程中提供斷點(diǎn)功能；

中穎芯片硬件模塊操作異常：

-- Flash解鎖寄存器寫入值錯(cuò)誤；

-- Flash解鎖后，重新解鎖；

-- DMA讀取保留地址區(qū)或非法讀寫；

3.如何定位HardFault錯(cuò)誤位置

當(dāng)異常產(chǎn)生時(shí)，內(nèi)核會(huì)做如下動(dòng)作：

壓棧并且棧指針（SP）更新；

處理器取出異常向量（確定ISR的起始地址）并將其寫入R15(PC)；

寄存器更新（LR、終端程序狀態(tài)寄存器（IPSR）、NVIC）

當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，8個(gè)寄存器會(huì)被自動(dòng)壓棧，這些寄存器包括R0~R3、R12、R14(LR)、返回地址/PC和xPSR，壓棧順序如下表：

可以通過解析進(jìn)入Hard Fault中斷后的寄存器值及入棧的寄存器值來定位出錯(cuò)位置，并找到問題點(diǎn)。

定位HardFault錯(cuò)誤位置步驟如下：

4.舉例說明如何定位HardFault錯(cuò)誤位置

使用調(diào)試器（以MDK編譯器為例）

--在工程中創(chuàng)建HardFault中斷處理函數(shù)，并在其函數(shù)中添加硬件斷點(diǎn)或斷點(diǎn)指令（BKPT），當(dāng)發(fā)生HardFault錯(cuò)誤時(shí)，處理器會(huì)自動(dòng)暫停到斷點(diǎn)或斷點(diǎn)指令處

;

-- 根據(jù)章節(jié)3中的HardFault錯(cuò)誤分析流程，找到發(fā)生HardFault錯(cuò)誤時(shí)的地址位置；

-- 結(jié)合程序分析具體出錯(cuò)原因。

無調(diào)試器 -- 當(dāng)仿真口被占用時(shí)，需要通過串口或其他接口，提取并輸出發(fā)生HardFault錯(cuò)誤時(shí)的各調(diào)試信息； -- 下面以串口為例，說明如何實(shí)現(xiàn)調(diào)試信息的輸出： -- 在startup_xxx.s啟動(dòng)文件的“HardFault_Handler”中做如下處理：

-- 屏蔽C程序中的“HardFault_Handler”中斷服務(wù)程序，增加棧數(shù)據(jù)輸出函數(shù)“HardFault_Handler_c”，如下：

-- 發(fā)生HardFault錯(cuò)誤后，串口軟件會(huì)輸出當(dāng)前寄存器及棧內(nèi)的寄存器值，通過章節(jié)3中的HardFault錯(cuò)誤定位流程，進(jìn)一步分析錯(cuò)誤原因。

5、如何避免產(chǎn)生Hard Fault

?給棧預(yù)留足夠的空間：

-- 工程編譯后，在生成的編譯信息文件中，找到以工程名命名的.htm文件，此文件列出工程使用的棧最大長度（如下）；

-- 一般在此基礎(chǔ)上增加至少0.5倍（預(yù)留給中斷服務(wù)程序及其臨時(shí)變量），配置為棧大??；

?在C語言嵌套匯編代碼時(shí)，請注意匯編指令是否存在非對齊情況；若存在，請?jiān)黾覰OP指令使其對齊；

?程序中不使用斷點(diǎn)指令（BKPT）；若調(diào)試過程中使用了斷點(diǎn)指令，請?jiān)诔绦騌elease時(shí)屏蔽此斷點(diǎn)指令；

?非OS應(yīng)用，不使用SVC指令；

?正確配置芯片的硬件模塊，避免引起HardFault錯(cuò)誤。