剖析Cortex-M3發(fā)生Fault故障類(lèi)型及產(chǎn)生原因

我們平時(shí)的項(xiàng)目，可能會(huì)遇到死機(jī)的情況，通過(guò)在線(xiàn)調(diào)試，或者打印消息，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，怎么進(jìn)入了 HardFault_Handler 中斷呢？ 這種“硬故障”是我們常見(jiàn)的一種故障，導(dǎo)致硬故障的原因也有很多。本文針對(duì) Cortex-M3 說(shuō)說(shuō)Fault故障相關(guān)的內(nèi)容。

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Fault故障種類(lèi)

Fault故障的種類(lèi)有很多，拿本文Cortex-M3來(lái)說(shuō)，主要有：

HardFault：硬故障

MemManage：存儲(chǔ)器管理故障

BusFault：總線(xiàn)故障

UsageFault：用法故障

比如，在stm32f10x_it.c源代碼中，有這樣的中斷入口：

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

每一種Fault故障的產(chǎn)生，都肯定是有一定原因的，如果你代碼產(chǎn)生了Fault故障中斷，說(shuō)明代碼某些地方引起了Fault故障。

1.HardFault：硬故障

通過(guò)截圖的描述，你會(huì)發(fā)現(xiàn)硬故障是一種“不可編程”的故障，因?yàn)榇鎯?chǔ)器管理故障、總線(xiàn)故障、用法故障如果不能得到執(zhí)行，就為上訪為硬故障。

比如：比如在取向量時(shí)產(chǎn)生的總線(xiàn)故障也按會(huì)硬故障進(jìn)行處理。所以，你會(huì)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障，很多時(shí)候都是硬故障。

硬故障狀態(tài)寄存器描述：

通過(guò)狀態(tài)寄存器，你會(huì)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生硬故障的原因有以上幾種。 2.MemManage：存儲(chǔ)器管理故障 存儲(chǔ)器管理故障通常與MPU（內(nèi)存保護(hù)單元）有關(guān)，之前給大家分享過(guò)MPU相關(guān)的文章《什么是Cortex-M內(nèi)核的MPU？》。 通常就是我們說(shuō)的“內(nèi)存越界”就會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器管理故障，細(xì)說(shuō)引起該故障的誘因有：

訪問(wèn)了 MPU 設(shè)置區(qū)域覆蓋范圍之外的地址

往只讀 region 寫(xiě)數(shù)據(jù)

用戶(hù)級(jí)下訪問(wèn)了只允許在特權(quán)級(jí)下訪問(wèn)的地址

存儲(chǔ)器管理故障狀態(tài)寄存器：

通過(guò)狀態(tài)寄存器，你會(huì)發(fā)現(xiàn)引起該故障的一些原因。 3.BusFault：總線(xiàn)故障 總線(xiàn)故障，顧名思義就是對(duì)“總線(xiàn)”操作出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致的故障。 比如：當(dāng) AHB 接口上正在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如果回復(fù)了一個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)(error response)，則會(huì)產(chǎn)生總線(xiàn)故障。 產(chǎn)生總線(xiàn)故障的場(chǎng)合：

取指，通常被稱(chēng)作“預(yù)取流產(chǎn)”

數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)，通常被稱(chēng)作“數(shù)據(jù)流產(chǎn)”

觸發(fā)總線(xiàn)故障的動(dòng)作：

中斷處理起始階段的堆棧 PUSH 動(dòng)作。稱(chēng)為“入棧錯(cuò)誤”

中斷處理收尾階段的堆棧 POP 動(dòng)作。稱(chēng)為“出棧錯(cuò)誤”

同樣，通過(guò)總線(xiàn)故障狀態(tài)寄存器了解產(chǎn)生的原因：

4.UsageFault：用法故障 用法故障相對(duì)不常見(jiàn)，出現(xiàn)該故障通常是進(jìn)行了“未對(duì)齊訪問(wèn)操作”，其他導(dǎo)致該故障問(wèn)題很少見(jiàn)。 比如：執(zhí)行了未定義的指令、除數(shù)為0（編譯器都會(huì)避免）、無(wú)效的中斷返回等這些情況比較少見(jiàn)。 用法故障狀態(tài)寄存器：

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應(yīng)對(duì)故障

不知道大家平時(shí)有沒(méi)有對(duì)這些進(jìn)行有效避免？

這里簡(jiǎn)單說(shuō)幾點(diǎn)應(yīng)對(duì)故障的措施：

1.通過(guò)故障狀態(tài)寄存器的值來(lái)判定程序錯(cuò)誤

在故障中斷函數(shù)中，讀取故障的狀態(tài)（上面描述了狀態(tài)寄存器），比如硬故障：

void HardFault_Handler(void){//讀取狀態(tài)寄存器，打印狀態(tài)寄存器，判斷什么原因引起故障printf("狀態(tài)x信息"); while (1) { }}

如果不想系統(tǒng)處于死機(jī)狀態(tài)，可以在中斷里面做軟復(fù)位。

2.提前對(duì)代碼進(jìn)行分析、預(yù)判

比如：通過(guò)代碼靜態(tài)分析工具，對(duì)代碼進(jìn)行分析、查找bug。

前不久才分享過(guò)一篇文章：推薦幾個(gè)代碼靜態(tài)分析工具

編輯：jq