如何在IAR Embedded Workbench for Arm中調(diào)試Cortex-M HardFault

基于Cortex-M的MCU被廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中，Cortex-M有很多優(yōu)點(diǎn)，比如高性能、低功耗、高代碼密度、豐富的調(diào)試功能、強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)等。在錯(cuò)誤異常處理上，Cortex-M提供了強(qiáng)大的錯(cuò)誤異常機(jī)制，幫助提升系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

本文主要介紹如何在IAR Embedded Workbench for Arm中調(diào)試Cortex-M HardFault，幫助開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡早發(fā)現(xiàn)代碼中的錯(cuò)誤異常、提升開(kāi)發(fā)和調(diào)試效率、提高代碼質(zhì)量。

關(guān)于 Cortex-M Fault

Cortex-M包含了如下幾種Fault:

HardFault: 在異常處理中發(fā)生錯(cuò)誤導(dǎo)致的Fault，或者是不能被其它異常處理的Fault。

MemManage Fault: 違反內(nèi)存訪問(wèn)規(guī)則導(dǎo)致的Fault。

BusFault: 內(nèi)存訪問(wèn)過(guò)程中總線出錯(cuò)導(dǎo)致的Fault。

UsageFault: 指令執(zhí)行時(shí)出錯(cuò)導(dǎo)致的Fault，包括：

- 未定義的指令

- 非法未對(duì)齊訪問(wèn)

- 指令執(zhí)行時(shí)非法狀態(tài)

- 異常返回錯(cuò)誤 下面兩個(gè)需要額外使能： - 未對(duì)齊訪問(wèn)字和半字內(nèi)存

- 除零操作

其中，HardFault是永遠(yuǎn)使能的，而MemManage Fault，BusFault和UsageFault默認(rèn)是沒(méi)有使能的，對(duì)應(yīng)的Fault發(fā)生之后會(huì)升級(jí)為HardFault。

在IAR Embedded Workbench for Arm中
調(diào)試Cortex-M HardFault

下面通過(guò)幾個(gè)示例介紹如何在IAR Embedded Workbench for Arm中調(diào)試Cortex-M HardFault。

示例1除零操作導(dǎo)致UsageFault

這個(gè)例子中，通過(guò)配置CCR寄存器中的DIV_0_TRP來(lái)使能除零操作異常。在Call Stack窗口中，可以看到對(duì)應(yīng)發(fā)生除零操作的源代碼行。在Register窗口中，可以看到 CFSR 寄存器中的DIVBYZERO 置位，表示出現(xiàn)了除零操作異常。在Debug Log和Fault exception viewer窗口中，可以看到詳細(xì)的錯(cuò)誤信息：發(fā)生了除零操作異常，導(dǎo)致UsageFault，由于UsageFault沒(méi)有使能，升級(jí)為HardFault，同時(shí)給出了除零操作異常發(fā)生的PC地址和LR地址。

示例2訪問(wèn)無(wú)效地址導(dǎo)致BusFault

這個(gè)例子中，地址0x7000000是MCU中的無(wú)效地址，當(dāng)訪問(wèn)無(wú)效地址時(shí)，會(huì)產(chǎn)生BusFault。在Call Stack窗口中，可以看到訪問(wèn)無(wú)效地址的源代碼行。在Register窗口中，可以看到CFSR 寄存器的的PRECISERR和BFARVALID置位，表示出現(xiàn)了Precise data bus error，同時(shí)BFAR中保存了對(duì)應(yīng)訪問(wèn)的無(wú)效地址。在Debug Log和Fault exception viewer窗口中，可以看到詳細(xì)的錯(cuò)誤信息：發(fā)生了precise data access error，導(dǎo)致BusFault，由于BusFault沒(méi)有使能，升級(jí)為HardFault，同時(shí)給出了precise data access error發(fā)生時(shí)的PC地址和LR地址及對(duì)應(yīng)訪問(wèn)的無(wú)效地址。

示例3從XN（Execute Never）內(nèi)存運(yùn)行程序?qū)е翸emManage Fault

在這個(gè)例子中，地址0x4000000在Cortex-M中是屬Peripheral地址空間，對(duì)應(yīng)的內(nèi)存屬性屬于XN（Execute Never）：即如果從XN內(nèi)存運(yùn)行程序會(huì)造成MemManage Fault。在Call Stack窗口中，可以看到對(duì)應(yīng)的源代碼行。在Register窗口中，可以看到CFSR 寄存器的的IACCVIOL置位，表示發(fā)生了instruction access violation。在Debug Log和Fault exception viewer窗口中，可以看到詳細(xì)的錯(cuò)誤信息：XN訪問(wèn)違反導(dǎo)致MemManage Fault，由于MemManage Fault沒(méi)有使能，升級(jí)為HardFault，同時(shí)給出了XN訪問(wèn)發(fā)生時(shí)的PC地址和LR地址， 通過(guò)LR地址可以找到之前函數(shù)調(diào)用的地方（即導(dǎo)致MemManage Fault的地方）。

注意事項(xiàng)

1. 為了在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)Fault之后程序能夠立即停下來(lái)，從而可以更好地分析出現(xiàn)Fault之后的現(xiàn)場(chǎng)，需要使能對(duì)應(yīng)的Vector catch選項(xiàng)（默認(rèn)是使能的）：關(guān)于Vector catch的更多信息，請(qǐng)參考ARMv7-M Architecture Reference Manual。

2. 本文中的示例是基于Cortex-M4，其它Cortex-M的錯(cuò)誤異常機(jī)制可能會(huì)有所不同（比如基于ARMv6-M的Cortex-M0/M0+/M1只有HardFault，沒(méi)有MemManage Fault，BusFault和UsageFault）,對(duì)應(yīng)Register窗口中的信息可能與上面的截圖不同，具體取決于所使用的 Cortex-M 類型。但是本文的方法適用于所有Cortex-M的HardFault調(diào)試。

總結(jié)

本文以Cortex-M4為例，介紹了如何在IAR Embedded Workbench for Arm中調(diào)試Cortex-M HardFault。通過(guò)分析Call Stack，Register，Debug Log和Fault exception viewer窗口中的信息，可以快速地找到HardFault的原因，盡早發(fā)現(xiàn)代碼中的錯(cuò)誤異常，從而提升開(kāi)發(fā)和調(diào)試效率，提高代碼質(zhì)量。

審核編輯 ：李倩