1.HardFault介紹

在ARM處理器中，如果一個程序產生了錯誤并且被處理器檢測到，就會產生錯誤異常。Cortex-M0+處理器只有一種異常用以處理錯誤：HardFault。

HardFault，可重復且不可能恢復的故障。當它發(fā)生時，意味著微控制器出現了問題，并且需要采取修復錯誤。

2.HardFault錯誤是如何產生的

Cortex-M0+產生HardFault錯誤的類型主要有以下三種：

存儲器相關：

-- 總線錯誤（可以是程序訪問也可以是數據訪問），在總線傳輸中使用非法地址會產生error；

-- 試圖在標記為不可執(zhí)行的存儲器區(qū)域內執(zhí)行程序；

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

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

程序錯誤：

-- 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切至ARM狀態(tài)；

-- 試圖進行非對齊存儲器訪問；

-- Cortex-M0+處理器支持的Thumb指令只能產生對齊訪問，也就是說傳輸地址只能是傳輸大小的整數倍； 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編譯器不會產生任何非對齊訪問（有編譯器自動完成）；如果C程序直接操作一個指針，則可能存在非對齊訪問；

-- 使用匯編編程時，也可能會出現非對齊傳輸；

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

-- SVC只能運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），否則會觸發(fā)硬件錯誤異常；

-- 執(zhí)行異常返回時EXC_RETURN的值非法；

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

-- 當調試未使能時（沒有連接調試器），試圖執(zhí)行斷點指令(BKPT)；

-- BKPT指令為調試過程中提供斷點功能；

中穎芯片硬件模塊操作異常：

-- Flash解鎖寄存器寫入值錯誤；

-- 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錯誤位置

當異常產生時，內核會做如下動作：

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）

當異常發(fā)生時，8個寄存器會被自動壓棧，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：

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

定位HardFault錯誤位置步驟如下：

4.舉例說明如何定位HardFault錯誤位置

使用調試器（以MDK編譯器為例）

--在工程中創(chuàng)建HardFault中斷處理函數，并在其函數中添加硬件斷點或斷點指令（BKPT），當發(fā)生HardFault錯誤時，處理器會自動暫停到斷點或斷點指令處

;

-- 根據章節(jié)3中的HardFault錯誤分析流程，找到發(fā)生HardFault錯誤時的地址位置；

-- 結合程序分析具體出錯原因。

無調試器 -- 當仿真口被占用時，需要通過串口或其他接口，提取并輸出發(fā)生HardFault錯誤時的各調試信息； -- 下面以串口為例，說明如何實現調試信息的輸出： -- 在startup_xxx.s啟動文件的“HardFault_Handler”中做如下處理：

-- 屏蔽C程序中的“HardFault_Handler”中斷服務程序，增加棧數據輸出函數“HardFault_Handler_c”，如下：

-- 發(fā)生HardFault錯誤后，串口軟件會輸出當前寄存器及棧內的寄存器值，通過章節(jié)3中的HardFault錯誤定位流程，進一步分析錯誤原因。

5、如何避免產生Hard Fault

?給棧預留足夠的空間：

-- 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）；

-- 一般在此基礎上增加至少0.5倍（預留給中斷服務程序及其臨時變量），配置為棧大?。?/p>

?在C語言嵌套匯編代碼時，請注意匯編指令是否存在非對齊情況；若存在，請增加NOP指令使其對齊；

?程序中不使用斷點指令（BKPT）；若調試過程中使用了斷點指令，請在程序Release時屏蔽此斷點指令；

?非OS應用，不使用SVC指令；

?正確配置芯片的硬件模塊，避免引起HardFault錯誤。