Cortex-M3和Cortex-M4 Fault異常應(yīng)用之二 ----- Fault處理函數(shù)的實現(xiàn)

在項目處于調(diào)試期間，F(xiàn)ault處理程序可能只是一個斷點指令，調(diào)試器遇到這個指令后停止程序的運行。默認(rèn)情況下，由于非硬Fault被禁能，所有發(fā)生的非Fault都會上訪成硬Fault，因此只要在硬Fault處理程序中設(shè)置一個斷點，就可以觀察所有Fault信息。當(dāng)使用MDK-ARM的RealView編譯器時，你可以用下面的C代碼替代默認(rèn)硬Fault處理程序，這段代碼檢測產(chǎn)品是否連接到一個調(diào)試器，只有在連接到一個調(diào)試器的情況下，才會執(zhí)行斷點指令。

voidHardFault_Handler(void){if(CoreDebug->DHCSR&1){//checkC_DEBUGEN==1->DebuggerConnected__breakpoint(0);//haltprogramexecutionhere}while(1);//enterendlessloopotherwise}

說明一下，在這段代碼中，關(guān)于這個CoreDebug->DHCSR也可以在core_cm3.h中找到；__breakpoint()函數(shù)是ARM編譯器所支持的內(nèi)部指令，這個函數(shù)的作用是在指令流中插入一個斷點指令（BKTP）。詳細可以查看編譯器手冊Compiler Reference Guide – Compiler-specific Features - __breakpoint。

為了使能除數(shù)為零以及未對齊內(nèi)存訪問產(chǎn)生Fault，應(yīng)用程序初始化代碼要設(shè)置SCB->CCR寄存器，下面的C代碼清單用于使能除數(shù)為零以及未對齊內(nèi)存訪問產(chǎn)生Fault。

SCB->CCR|=0x18;/*enablediv-by-0andunalignedfault*/

對于最終的應(yīng)用程序，F(xiàn)ault處理程序或許會按照下面所說的實現(xiàn)：

系統(tǒng)復(fù)位：通過置一SCB->AIRCR（應(yīng)用程序中斷和復(fù)位控制寄存器）的位2（SYSRESETREQ）。這樣將會強制對調(diào)試設(shè)備之外的所有主要設(shè)備進行一次大的系統(tǒng)復(fù)位。如果你不想復(fù)位整個系統(tǒng)，你可以只置一SCB->AIRCR寄存器的位0.（注：LPC1778/88不支持這個位）

恢復(fù)：在某些情況下，還是有希望解決產(chǎn)生Fault的問題的。例如，如果程序嘗試訪問了協(xié)處理器，可以通過一個協(xié)處理器的軟件模擬器來解決。

終止任務(wù)：如果系統(tǒng)運行了一個RTOS，則相關(guān)的任務(wù)可以被終結(jié)或者重新開始。

注：下面的C代碼清單可以用來使能用法、存儲器管理和總線Fault：

SCB->SHCSR|=0x00007000;//enableUsageFault,BusFault,andMMUFault

利用串口上報Fault異常信息

在調(diào)試期間，最主要的是要弄清楚觸發(fā)了哪類Fault，什么原因觸發(fā)了Fault以及定位到觸發(fā)Fault的代碼，可以利用一份空閑串口當(dāng)作調(diào)試用，將以上信息發(fā)給PC，通過串口調(diào)試助手接收這些Fault信息。

主要步驟如下：

1.如有必要，使能非硬Fault（用法、存儲器管理和總線Fault）

2.如果有必要使能捕獲除法為零和未對齊內(nèi)存訪問

3.編寫Fault處理程序

4.將啟動代碼中默認(rèn)的Fault處理程序更換成自己需要的Fault處理程序

補充一些基礎(chǔ)知識，有利于理解下面的代碼：

堆棧：

Cortex-M3的堆棧是使用“向下生長的滿?！蹦Ｐ?，SP指針指向最后一個被壓入堆棧的32位數(shù)值。在下一次壓棧時，SP先自減4，再存入新的數(shù)值。POP操作正好相反，先彈出當(dāng)前SP指針處的32位數(shù)值，再將SP的值增4.

Cortex-M3的異常/中斷過程：

1. 入棧：硬件自動把8個寄存器的值壓入堆棧（8個寄存器依次為：xPSR、PC、LR、R12以及R3~R0）。如果異常發(fā)生時，當(dāng)前的代碼正在使用PSP（進程堆棧），則上面8個寄存器壓入PSP；否則就壓入MSP（主堆棧）。一旦進入服務(wù)例程，就將一直使用MSP。Cortex-M3內(nèi)核響應(yīng)中斷/異常的延時固定為12個時鐘周期。以上操作使用Cortex-M3的數(shù)據(jù)總線。

2.取向量：與入棧同時，Cortex-M3內(nèi)核從向量表中找出正確的異常向量，然后在服務(wù)程序的入口地址欲取指。以上操作使用Cortex-M3的指令總線

3.更新寄存器：入棧和取向量操作完成后，在執(zhí)行服務(wù)例程之前，還要更新一些列寄存器：

SP：在入棧操作后，會把堆棧指針（PSP或MSP）更新到新的位置。在執(zhí)行中斷/異常服務(wù)例程時，一定是使用MSP。

PSR：更新IPSR位段（PSR最低部分）的值為新響應(yīng)的異常編號。

PC：在取向量完成后，PC將指向服務(wù)例程的入口地址。

LR：在出入ISR的時候，LR保存一些在異常返回時用到的特殊位。

寄存器：

1.通用寄存器：R0~R3、R12，C函數(shù)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)會使用R0~R3用來傳遞參數(shù)，R12（用于子程序保存SP指針，不太清楚）

2.LR：連接寄存器。LR用于在調(diào)用子程序時存儲返回地址。

3.PC：程序計數(shù)器，CM3內(nèi)部使用了指令流水線，讀PC時返回的值是當(dāng)前指令的地址+4.

4.xPSR程序狀態(tài)寄存器

下面以硬Fault處理為例，介紹一下如何將Fault信息上報到PC的調(diào)試助手上。

1. 在程序初始化代碼中，使能非硬Fault（使用Keil MDK編譯器，必須包含core_cm3.h頭文件）

static__INLINEvoidEnableFault(void){SCB->SHCSR|=(SCB_SHCSR_USGFAULTENA_Msk|SCB_SHCSR_BUSFAULTENA_Msk|SCB_SHCSR_MEMFAULTENA_Msk);}

2. 編寫硬Fault處理程序

/**截獲硬Fault異常*arg:堆棧指針*/voidHardFaultHandle(unsignedint*arg){unsignedintstacked_r0,stacked_r1,stacked_r2,stacked_r3,stacked_r12,stacked_lr,stacked_pc,stacked_psr;stacked_r0=((unsignedlong)arg[0]);stacked_r1=((unsignedlong)arg[1]);stacked_r2=((unsignedlong)arg[2]);stacked_r3=((unsignedlong)arg[3]);stacked_r12=((unsignedlong)arg[4]);stacked_lr=((unsignedlong)arg[5]);stacked_pc=((unsignedlong)arg[6]);stacked_psr=((unsignedlong)arg[7]);PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("致命錯誤:系統(tǒng)發(fā)生硬Fault!!n"));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("捕獲錯誤發(fā)生時的環(huán)境,上報Fault狀態(tài)寄存器:n"));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("R0=0x%xn",stacked_r0));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("R1=0x%xn",stacked_r1));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("R2=0x%xn",stacked_r2));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("R3=0x%xn",stacked_r3));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("R12=0x%xn",stacked_r12));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("LR=0x%xn",stacked_lr));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("PC=0x%xn",stacked_pc));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("PSR=0x%xn",stacked_psr));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("HFSR=0x%xn",HFSR));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("BFSR=0x%xn",BFSR));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("BFAR=0x%xn",BFAR));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("MMSR=0x%xn",MMSR));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("MMAR=0x%xn",MMAR));PLC_DEBUGF(TEST_DEBUG,("UFSR=0x%xn",UFSR));HFSR=0xFFFFFFFF;BFSR=0xFF;MMSR=0xFF;UFSR=0xFFFF;while(1);}

3. 在啟動代碼中，將默認(rèn)硬Fault處理程序更換為自己需要的Fault處理程序

HardFault_HandlerPROCIMPORTHardFaultHandleTSTLR,#4ITEEQMRSEQR0,MSPMRSNER0,PSPBHardFaultHandleENDP