【经验】 EFM32工程代码HardFault异常故障调试方法

最近有客户反馈使用EFM32系列MCU开发时，遇到HardFault问题，但是很难定位到导致故障的代码。本篇文章为大家讲解EFM32工程代码HardFault异常故障调试方法，来定位故障原因。使用Simplicity IDE开发环境调试，编译器是GNU ARM v4.8.3，硬件基于EFM32GG-STK3700。

原理介绍

Cortex-M架构定义了硬件故障处理(HardFault Handlers)程序，当内核企图执行无效的操作时，例如操作一个无效的操作码或访问非映射内存，就会进入到这个程序。Cortex-M3或Cortex-M4内核的器件，定义了下面的处理程序：

• Bus Fault

• Memory Management Fault

• Usage Fault

• Hard Fault

前面3个处理程序必须特别启用，如果未启用，将自动升级为第4个硬件故障。当错误发生，SCB->CFSR寄存器包含有关故障原因的信息。此外，硬件在进入硬件故障处理中断程序之前会自动将多个CPU寄存器推送到堆栈上进行保存，如图一。因此在进入中断程序后可以读取到这些值，对其进行检查，以便进一步调试故障的原因。LR是Link Register，它存储子程序、函数调用和异常的返回信息。PC是Program Counter，它指程序运行的地址，而错误产生时保存的就是出现错误时的程序地址。通过LR和PC两个寄存器的值，就可以定位到故障原因。

图一：中断前后堆栈指针指向

添加程序代码

需要在HardFault_Handler(void)函数中使用汇编语句，作用是检查哪个堆栈被使用，并复制堆栈指针到R0寄存器。定义__attribute__( (naked) )是为了避免编译器生成函数修改堆栈指针。添加debugHardfault函数。本文工程中输出是通过SWO引脚输出，因此在工程中还需要添加setupSWOForPrint()函数和retargetio.c文件(路径：

{SimplicityStudio_root}/v4/developer\sdks\exx32\v5.0.0.0\hardwarekits/common/drivers/)。完整代码如下：

#include "em_device.h"

#include "em_chip.h"

#include <stdio.h>

void setupSWOForPrint(void)

{

  /* Enable GPIO clock. */

  CMU->HFPERCLKEN0 |= CMU_HFPERCLKEN0_GPIO；

  /* Enable Serial wire output pin */

  GPIO->ROUTE |= GPIO_ROUTE_SWOPEN；

#if defined(_EFM32_GIANT_FAMILY) || defined(_EFM32_LEOPARD_FAMILY) || defined(_EFM32_WONDER_FAMILY)

  /* Set location 0 */

  GPIO->ROUTE = (GPIO->ROUTE & ~(_GPIO_ROUTE_SWLOCATION_MASK)) | GPIO_ROUTE_SWLOCATION_LOC0；

  /* Enable output on pin - GPIO Port F， Pin 2 */

  GPIO->P[5].MODEL &= ~(_GPIO_P_MODEL_MODE2_MASK)；

  GPIO->P[5].MODEL |= GPIO_P_MODEL_MODE2_PUSHPULL；

#else

  /* Set location 1 */

  GPIO->ROUTE = (GPIO->ROUTE & ~(_GPIO_ROUTE_SWLOCATION_MASK)) |GPIO_ROUTE_SWLOCATION_LOC1；

  /* Enable output on pin */

  GPIO->P[2].MODEH &= ~(_GPIO_P_MODEH_MODE15_MASK)；

  GPIO->P[2].MODEH |= GPIO_P_MODEH_MODE15_PUSHPULL；

#endif

  /* Enable debug clock AUXHFRCO */

  CMU->OSCENCMD = CMU_OSCENCMD_AUXHFRCOEN；

  /* Wait until clock is ready */

  while (！(CMU->STATUS & CMU_STATUS_AUXHFRCORDY))；

  /* Enable trace in core debug */

  CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk；

  ITM->LAR  = 0xC5ACCE55；

  ITM->TER  = 0x0；

  ITM->TCR  = 0x0；

  TPI->SPPR = 2；

  TPI->ACPR = 0xf；

  ITM->TPR  = 0x0；

  DWT->CTRL = 0x400003FF；

  ITM->TCR  = 0x0001000D；

  TPI->FFCR = 0x00000100；

  ITM->TER  = 0x1；

}

void debugHardfault(uint32_t *sp)

{

    uint32_t cfsr  = SCB->CFSR；

    uint32_t hfsr  = SCB->HFSR；

    uint32_t mmfar = SCB->MMFAR；

    uint32_t bfar  = SCB->BFAR；

    uint32_t r0  = sp[0]；

    uint32_t r1  = sp[1]；

    uint32_t r2  = sp[2]；

    uint32_t r3  = sp[3]；

    uint32_t r12 = sp[4]；

    uint32_t lr  = sp[5]；

    uint32_t pc  = sp[6]；

    uint32_t psr = sp[7]；

    printf("HardFault：\n")；

    printf("SCB->CFSR   0x%08lx\n"， cfsr)；

    printf("SCB->HFSR   0x%08lx\n"， hfsr)；

    printf("SCB->MMFAR  0x%08lx\n"， mmfar)；

    printf("SCB->BFAR   0x%08lx\n"， bfar)；

    printf("\n")；

    printf("SP          0x%08lx\n"， (uint32_t)sp)；

    printf("R0          0x%08lx\n"， r0)；

    printf("R1          0x%08lx\n"， r1)；

    printf("R2          0x%08lx\n"， r2)；

    printf("R3          0x%08lx\n"， r3)；

    printf("R12         0x%08lx\n"， r12)；

    printf("LR          0x%08lx\n"， lr)；

    printf("PC          0x%08lx\n"， pc)；

    printf("PSR         0x%08lx\n"， psr)；

    while(1)；

}

__attribute__( (naked) )

void HardFault_Handler(void)

{

    __asm volatile

    (

        "tst lr， #4                                    \n"

        "ite eq                                        \n"

        "mrseq r0， msp                                 \n"

        "mrsne r0， psp                                 \n"

        "ldr r1， debugHardfault_address                \n"

        "bx r1                                         \n"

        "debugHardfault_address： .word debugHardfault  \n"

    )；

}

int RETARGET_ReadChar(void)

{

    return 0；

}

int RETARGET_WriteChar(char c)

{

    return ITM_SendChar(c)；

}

int div(int lho， int rho)

{

    return lho/rho；

}

/**************************************************************************//**

 * @brief  Main function

 *****************************************************************************/

int main(void)

{  int a = 10；

  int b = 0；

  int c；

  /* Chip errata */

  CHIP_Init()；

  SCB->CCR |= 0x10；

  setupSWOForPrint()；

  printf("Start\n")；

     c = div(a， b)；

  /* Create an invalid function pointer and call it.

   * This will trigger a Hard Fault.  */

  //void (*fp)(void) = (void (*)(void))(0x00000008)；

  //fp()；

  /* Infinite loop */

  while (1)；

}

分析调试结果

上面代码在主函数里调用了一个除数函数div(int lho， int rho)，并人为的让分母为0，造成一个异常。将程序下载到MCU运行后，利用Commander SWO终端可以看到输出结果，如下图二：

图二：Commander SWO终端输出结果

在实际开发中我们是不知道是哪个函数导致异常的，那么如何从输出结果中分析出导致异常的函数呢？我们在编译生成的.map文件中找到LR和PC值的地址区间，可以看到LR的值0x000004c5是落在main函数里，main函数在Flash的起始地址是0x00000494。PC的值0x00000482是落在div函数里，div函数在Flash的起始地址是0x00000474，从而定位到导致异常的函数是div函数。定位到异常的函数，大家就可以比较容易查找出错误的原因了。

世强元件电商版权所有，转载请注明来源及链接。