ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的函数调用关系及问题定位
1、引言
cortex-m3微控制器因其功能强大、性价比高以及易用性好，在嵌入式体系结构中得到了广泛应用。然而，在实际开发过程中，如果程序很大或运行很久后可能会遇到hardfault异常。为了快速有效地解决hardfault异常，本文将讨论定位hardfault问题的方法。
2、常见引发hardfault原因
1）访问非法内存地址：编程中处理指针时可能导致访问未定义的内存地址，特别是在数组越界、非法指针解引用等情况下。
2）叠栈溢出：程序运行过程中如果栈溢出，会导致栈上数据错误，从而引发异常。
3）寄存器未正确初始化：寄存器配置和使用不正确，可能导致硬件异常。
4）除0运算：当程序试图执行除0运算时，可能发生硬件故障异常。
5）总线错误：外设总线通信发生错误，可能引起硬件故障。
3、软件触发hardfault异常
es32f36xx是cortex-m3内核，当被除数为0时，硬件将触发一个异常，导致系统进入hard fault异常状态。这种情况下，处理器不能正常运行，并且不能恢复，直到硬件或软件采取措施使得系统回到正常状态。在es32_sdk中，es32f36xx 的key_led_adc例程中增加如下程序：
// b函数void b_function(void){ printf_e(enter b functionrn); c_function(0); printf_e(exit b functionrn);}// a函数void a_function(void){ printf_e(enter a functionrn); b_function(); printf_e(exit a functionrn);}// c函数int c_function(int val){ return 100/val; }// d函数void d_function(void){ printf_e(enter d functionrn); c_function(1); printf_e(exit d functionrn);}// testdebug函数void testdebug(void){ // 使能除0异常volatile int *ccr = (volatile int *)0xe000ed14; *ccr |= (1 < z=1, get fault context from handlermrseq r0, msp ;[2]=1 ==> z=0, get fault context from threadmrsne r0, psp stmfd r0!, {r4 - r11} ; push r4 - r11 register stmfd r0!, {lr} ; 将exc_return值压栈 tst lr, #0x04 ;if (!exc_return[2]) ite eq ; r0为栈值，作为hw_hardfault_exception函数首个参数msreq msp, r0;[2]=1 ==> z=0, get fault context from thread msrne psp, r0 ;再次将exc_return值压栈 push {lr} ;跳转至hw_hardfault_exception函数 bl hw_hardfault_exception pop {lr} orr lr, lr, #0x04 bx lr endp
上述汇编代码的主要功能是获取栈（sp）地址，并将r4 ~ r11压栈，跳转执行hw_hardfault_exception函数。压栈后栈中的数据情况如图 3所示：
图3 hardfault异常瞬间栈中完整寄存器
return address是发生异常指令点，lr是发生异常指令所在函数的下一条指令地址。在hw_hardfault_exception函数中将栈中的寄存器值都通过串口打印出来。
void hw_hardfault_exception(struct exception_info *exception_info){ uint32_t *app_sp = null;int i = 0;/*sp指向发生hardfault前栈地址*/ app_sp = (uint32_t *)(exception_info + 1); /* context + 16*4 */ printf_e(psr: 0x%08xrn, exception_info->psr); printf_e(r00: 0x%08xrn, exception_info->r0); printf_e(r01: 0x%08xrn, exception_info->r1); printf_e(r02: 0x%08xrn, exception_info->r2); printf_e(r03: 0x%08xrn, exception_info->r3); printf_e(r04: 0x%08xrn, exception_info->r4); printf_e(r05: 0x%08xrn, exception_info->r5); printf_e(r06: 0x%08xrn, exception_info->r6); printf_e(r07: 0x%08xrn, exception_info->r7); printf_e(r08: 0x%08xrn, exception_info->r8); printf_e(r09: 0x%08xrn, exception_info->r9); printf_e(r10: 0x%08xrn, exception_info->r10); printf_e(r11: 0x%08xrn, exception_info->r11); printf_e(r12: 0x%08xrn, exception_info->r12); printf_e( lr: 0x%08xrn, exception_info->lr); printf_e( pc: 0x%08xrn, exception_info->pc); printf_e(stacks: rn); for (i = 0; i < 1024; ++i) { printf_e(%08x , *app_sp); app_sp++; ++i; if (i % 16 == 0) printf_e(rn); } printf_e(rn); while(1);}
在hw_hardfault_handler函数中打印出了所有相关寄存器，如图 4所示：
图4 发生异常时栈数据
从打出来的返回地址值（pc）为0x00000644，在生成的all.dis汇编文件搜索该地址，如图 5所示，该地址是c_function函数中的一个除法指令，r0寄存器值除以r1寄存器值，并将结果存放r0中。r0为0x64，确认r1寄存器值即可。
图5 发生hardfault异常瞬间执行的指令
图 4中，lr的值为0x0000060f，all.dis无法搜索到该地址。由于cortex-m3使用的是thumb指令集，bit0置位指示该地址地址指令是thumb指令。bit0复位，搜索0x0000060e，如图 6所示，该地址在b_function函数中。b_function函数调用了c_function函数，r0为传递的参数0。由此可知，图 5中，r1的除数值0，故程序会发生hardfault异常。
图6 b_function函数的汇编代码
图 6中，调用c_function函数前，r4和lr寄存器被压入了栈中。即图 7中，lr的值为0x000005d1，r4的值为0xe000ed14。
图 7 b_function函数压栈值
如图 8所示，在all.dis文件搜索0x000005d0地址在a_function函数中，在执行a_function函数前，对r4和lr进行了压栈。a_function函数调用了b_function函数。
图 8 a_function函数汇编代码
如图 9所示，a_function函数压入的r4值为0xe000ed14，lr值为0x000006a1。
图 9 a_function函数压栈值
如图 10，在all.dis文件中，搜索0x000006a0，发现该地址在testdebug函数中，且该函数将r4和lr压入栈中。
图 10 testdebug函数汇编代码
如图 11所示，a_function函数压入的r4值为0xe0001c18，lr值为0x00001ab9。
图 11 testdebug函数压栈值
如图 12所示，在all.dis文件中，搜索0x00001ab8，该地址在main函数中。
图 12 main函数的汇编代码
至此，如图 13所示为发生hardfault异常时函数的调用关系，在c_function函数中，被除数为0是导致进入hardfault异常的原因。
图 13 发生hardfault时的函数调用关系
来源：东软载波微电子
罗德与施瓦茨宣布针对5G NR第17版的综合测试解决方案
关于FreeRTOS内存分配多少才合适
过程控制系统经历过的三个发展阶段
70年人工智能研究，解读研究者最大的惨痛教训经验
CASAIM广州中大型工件形位公差三维扫描尺寸三维测量解决方案
ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的函数调用关系及问题定位
那部在战狼2里面出现的AGMX2手机怎么样?值得购买吗？
骁途最新消息：是否能引领长安铃木在国内崛起？将于7月底正式上市,报价及配置信息！
创新示波器抖动分离方法 助您改进信号完整性调试
电网+通信共建共享，助力南京构建能源互联网生态圈
电力变压器电抗标幺值公式
阿吉兰兄弟控股集团与正泰成立合资公司
中国电信福建分公司实现5G和现网4G互操作，加速5G SA的全面商用
释放智能制造新能动，“汇川号”西部之旅完美收官
电容放电电阻接线_法拉电容放电时间计算
索尼大法好：利用屏幕发声的黑科技 索尼A1E电视是怎么做到的？
融入健身房的黑科技智能魔镜，它将带来什么改变
中兴已经率先完成IMT-2020三阶段核心网性能稳定性测试
声悬浮液滴表面的纳米颗粒自组装
2023广州国际创新节精彩纷呈，英码科技荣膺“广州市隐形冠军企业”！
cortex-m3微控制器因其功能强大、性价比高以及易用性好，在嵌入式体系结构中得到了广泛应用。然而，在实际开发过程中，如果程序很大或运行很久后可能会遇到hardfault异常。为了快速有效地解决hardfault异常，本文将讨论定位hardfault问题的方法。
2、常见引发hardfault原因
1）访问非法内存地址：编程中处理指针时可能导致访问未定义的内存地址，特别是在数组越界、非法指针解引用等情况下。
2）叠栈溢出：程序运行过程中如果栈溢出，会导致栈上数据错误，从而引发异常。
3）寄存器未正确初始化：寄存器配置和使用不正确，可能导致硬件异常。
4）除0运算：当程序试图执行除0运算时，可能发生硬件故障异常。
5）总线错误：外设总线通信发生错误，可能引起硬件故障。
3、软件触发hardfault异常
es32f36xx是cortex-m3内核，当被除数为0时，硬件将触发一个异常，导致系统进入hard fault异常状态。这种情况下，处理器不能正常运行，并且不能恢复，直到硬件或软件采取措施使得系统回到正常状态。在es32_sdk中，es32f36xx 的key_led_adc例程中增加如下程序：
// b函数void b_function(void){ printf_e(enter b functionrn); c_function(0); printf_e(exit b functionrn);}// a函数void a_function(void){ printf_e(enter a functionrn); b_function(); printf_e(exit a functionrn);}// c函数int c_function(int val){ return 100/val; }// d函数void d_function(void){ printf_e(enter d functionrn); c_function(1); printf_e(exit d functionrn);}// testdebug函数void testdebug(void){ // 使能除0异常volatile int *ccr = (volatile int *)0xe000ed14; *ccr |= (1 < z=1, get fault context from handlermrseq r0, msp ;[2]=1 ==> z=0, get fault context from threadmrsne r0, psp stmfd r0!, {r4 - r11} ; push r4 - r11 register stmfd r0!, {lr} ; 将exc_return值压栈 tst lr, #0x04 ;if (!exc_return[2]) ite eq ; r0为栈值，作为hw_hardfault_exception函数首个参数msreq msp, r0;[2]=1 ==> z=0, get fault context from thread msrne psp, r0 ;再次将exc_return值压栈 push {lr} ;跳转至hw_hardfault_exception函数 bl hw_hardfault_exception pop {lr} orr lr, lr, #0x04 bx lr endp
上述汇编代码的主要功能是获取栈（sp）地址，并将r4 ~ r11压栈，跳转执行hw_hardfault_exception函数。压栈后栈中的数据情况如图 3所示：
图3 hardfault异常瞬间栈中完整寄存器
return address是发生异常指令点，lr是发生异常指令所在函数的下一条指令地址。在hw_hardfault_exception函数中将栈中的寄存器值都通过串口打印出来。
void hw_hardfault_exception(struct exception_info *exception_info){ uint32_t *app_sp = null;int i = 0;/*sp指向发生hardfault前栈地址*/ app_sp = (uint32_t *)(exception_info + 1); /* context + 16*4 */ printf_e(psr: 0x%08xrn, exception_info->psr); printf_e(r00: 0x%08xrn, exception_info->r0); printf_e(r01: 0x%08xrn, exception_info->r1); printf_e(r02: 0x%08xrn, exception_info->r2); printf_e(r03: 0x%08xrn, exception_info->r3); printf_e(r04: 0x%08xrn, exception_info->r4); printf_e(r05: 0x%08xrn, exception_info->r5); printf_e(r06: 0x%08xrn, exception_info->r6); printf_e(r07: 0x%08xrn, exception_info->r7); printf_e(r08: 0x%08xrn, exception_info->r8); printf_e(r09: 0x%08xrn, exception_info->r9); printf_e(r10: 0x%08xrn, exception_info->r10); printf_e(r11: 0x%08xrn, exception_info->r11); printf_e(r12: 0x%08xrn, exception_info->r12); printf_e( lr: 0x%08xrn, exception_info->lr); printf_e( pc: 0x%08xrn, exception_info->pc); printf_e(stacks: rn); for (i = 0; i < 1024; ++i) { printf_e(%08x , *app_sp); app_sp++; ++i; if (i % 16 == 0) printf_e(rn); } printf_e(rn); while(1);}
在hw_hardfault_handler函数中打印出了所有相关寄存器，如图 4所示：
图4 发生异常时栈数据
从打出来的返回地址值（pc）为0x00000644，在生成的all.dis汇编文件搜索该地址，如图 5所示，该地址是c_function函数中的一个除法指令，r0寄存器值除以r1寄存器值，并将结果存放r0中。r0为0x64，确认r1寄存器值即可。
图5 发生hardfault异常瞬间执行的指令
图 4中，lr的值为0x0000060f，all.dis无法搜索到该地址。由于cortex-m3使用的是thumb指令集，bit0置位指示该地址地址指令是thumb指令。bit0复位，搜索0x0000060e，如图 6所示，该地址在b_function函数中。b_function函数调用了c_function函数，r0为传递的参数0。由此可知，图 5中，r1的除数值0，故程序会发生hardfault异常。
图6 b_function函数的汇编代码
图 6中，调用c_function函数前，r4和lr寄存器被压入了栈中。即图 7中，lr的值为0x000005d1，r4的值为0xe000ed14。
图 7 b_function函数压栈值
如图 8所示，在all.dis文件搜索0x000005d0地址在a_function函数中，在执行a_function函数前，对r4和lr进行了压栈。a_function函数调用了b_function函数。
图 8 a_function函数汇编代码
如图 9所示，a_function函数压入的r4值为0xe000ed14，lr值为0x000006a1。
图 9 a_function函数压栈值
如图 10，在all.dis文件中，搜索0x000006a0，发现该地址在testdebug函数中，且该函数将r4和lr压入栈中。
图 10 testdebug函数汇编代码
如图 11所示，a_function函数压入的r4值为0xe0001c18，lr值为0x00001ab9。
图 11 testdebug函数压栈值
如图 12所示，在all.dis文件中，搜索0x00001ab8，该地址在main函数中。
图 12 main函数的汇编代码
至此，如图 13所示为发生hardfault异常时函数的调用关系，在c_function函数中，被除数为0是导致进入hardfault异常的原因。
图 13 发生hardfault时的函数调用关系
来源：东软载波微电子
罗德与施瓦茨宣布针对5G NR第17版的综合测试解决方案
关于FreeRTOS内存分配多少才合适
过程控制系统经历过的三个发展阶段
70年人工智能研究，解读研究者最大的惨痛教训经验
CASAIM广州中大型工件形位公差三维扫描尺寸三维测量解决方案
ES32F36xx芯片发生HardFault异常时的函数调用关系及问题定位
那部在战狼2里面出现的AGMX2手机怎么样?值得购买吗？
骁途最新消息：是否能引领长安铃木在国内崛起？将于7月底正式上市,报价及配置信息！
创新示波器抖动分离方法 助您改进信号完整性调试
电网+通信共建共享，助力南京构建能源互联网生态圈
电力变压器电抗标幺值公式
阿吉兰兄弟控股集团与正泰成立合资公司
中国电信福建分公司实现5G和现网4G互操作，加速5G SA的全面商用
释放智能制造新能动，“汇川号”西部之旅完美收官
电容放电电阻接线_法拉电容放电时间计算
索尼大法好：利用屏幕发声的黑科技 索尼A1E电视是怎么做到的？
融入健身房的黑科技智能魔镜，它将带来什么改变
中兴已经率先完成IMT-2020三阶段核心网性能稳定性测试
声悬浮液滴表面的纳米颗粒自组装
2023广州国际创新节精彩纷呈，英码科技荣膺“广州市隐形冠军企业”！