Cortex-M3发生Fault故障类型及产生原因

古城微笑少年丶 2023-01-18 04:21 160阅读 0赞

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作者 | strongerHuang

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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**

![9c39d6ee894a78ff352a079bbef75b57.png][]

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。

![9ea564b5cd043bd559822e3bc9ca5001.png][]

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：**

![61fc85b2e651435179db60ed6bccc4db.png][]

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？**][Cortex-M_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：

![420445b858a8a9720f811dae7c1f96b0.png][]

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”

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同样，通过总线故障状态寄存器了解产生的原因：

![a3d28d3aafb176481cfcfe6f10475ae2.png][]

**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**][Link 1]

**3.其他诊断方法**

之前给大家分享过一篇文章《[**针对Cortex-M调试诊断 HardFault 的错误追踪库**][Cortex-M_ HardFault]》可以有效诊断本文说的这种“硬故障”。

先写到这里，还有更多更好的方法，欢迎大家留言补充。

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[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxNjgxMDE4OQ%3D%3D&idx=2&mid=2247488707&scene=21&sn=502c984c679d11a96d02422c071a1ef5#wechat_redirect
[Cortex-M_ HardFault]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxNjgxMDE4OQ%3D%3D&idx=1&mid=2247486725&scene=21&sn=63adb3af06455bdf9ce280a35a4033f8#wechat_redirect
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