为什么STM32会出现HardFault_Handler故障呢

STM32出现HardFault_Handler故障的原因主要有两个方面：
  1、内存溢出或者访问越界。这个需要自己写程序的时候规范代码，遇到了需要慢慢排查。
  2、堆栈溢出。增加堆栈的大小。
   
  出现问题时排查的方法：
  1、发生异常之后可首先查看LR寄存器中的值，确定当前使用堆栈为MSP或PSP，然后找到相应堆栈的指针，并在内存中查看相应堆栈里的内容。由于异常发生时，内核将R0~R3、R12、Return address、PSR、LR寄存器依次入栈，其中Return address即为发生异常前PC将要执行的下一条指令地址，因此在堆栈中反数第三个字即为出错位置。
  2、默认的HardFault_Handler处理方法是B .将它改成BX LR直接返回的形式。然后在这条语句打个断点，一旦在断点中停下来，说明出错了，然后再返回，就可以返回到出错的位置的下一条语句那儿。
这个有时候可能需要在反汇编模式下调试，因为可以是程序跑飞一会儿才出现HardFault_Handler。
   
  3、还是将中断函数修改，打印中断时的一些信息：
  HardFault_Hander()定义如下：
  void HardFault_Handler(void)
{
  uint32_t r_sp ;
    r_sp = __get_PSP(); //获取SP的值
  PERROR(ERROR,Memory Access Error!);
  Panic(r_sp);

  while (1);
}
  

  死机过程

  基本概念：
连接寄存器LR：调动子程序时，自动存储下一次返回的地址，其实就是最近调用的那一次函数的地址。
  死机的过程：

  
  

  

  这里我们最需要关注的是第一步入栈：
其中8个寄存器的顺序是

  

  

  其中出现异常时LR里面的值是固定的

  

  

最后更新堆栈指针，我们根据最后使用的堆栈里面的内容，就可以知道出问题时的最后现场。
  死机定位

  思路简单来讲就是：
找到死机时候的lr寄存器，然后根据lr寄存器的值，找到此时压入的是psp堆栈，还是msp堆栈。然后根据堆栈里的内容（最后压入堆栈的8个寄存器的值）。其中压入到堆栈里面的return address这个值至关重要，这个是上一次，压入堆栈的最后一个函数，由此就可以定位出死机的位置。
  使用keil环境直接debug定位

  以实际的例子分析：
首先写一个能够使单片机死机的代码，debug跑起来：
  故意使用空指针将程序跑死

  

  


  

  

debug的时候点开view,选择register,
  

  

  

根据LR的值判断，使用的是psp堆栈，然后打开memory windows，查看地址为0x20002FF0的内存数据，即为最后一次入栈的内容。右键选择，long显示
  
  

  

  找到第六个0x08034a17这个地址，view,disassembly window这个窗口，查看反汇编文件，在反汇编窗口，右键，点击show disassembly at address ，输入地址，就可以找到对应汇编文件的位置，同时可以定位到c语言中对应的位置。

  

  

这样就可以定位到，死机之前的位置
2. 还有一种方式就是，通过看函数的调用关系，直接看到程序是死在那里的
点击 view call stack window ,直接可以看到，程序死机之前的函数调用关系

  

  

这样也可快速定位，原理其实是一样的，都是通过看堆栈数据，第一种方法只是自己手动的走了一遍这个流程而已。
  完善的解决方案

  因为在实际项目中死机问题很多都是难复现的，产品在使用过程中难以长期debug，导致以上的办法实际上不是很实用。因此，我们需要更加方便的解决办法。
思路：相当于给单片机做一个黑盒子，每当系统崩溃时。我们会记录，重要的寄存器以及堆栈信息，存在flash里面。这样一旦出现问题。我们只要重新debug一下，从flash里面将保存的信息读出来。这样难复现的死机问题，我们也是有办法锁定位置的。
  

• 修改.s文件
  
  

HardFault_Handler PROC     
                IMPORT  hard_fault_handler_c
                TST LR, #4  
                ITE EQ     
                MRSEQ R0, MSP
                MRSNE R0, PSP
                B  hard_fault_handler_c               
                ENDP


选择一块区域作为死机时，信息存储的地方。


#define ADDR_FLASH_SECTOR_2     ((u32)0x08008000)         //扇区2起始地址, 16 Kbytes
#define SYS_CRASH_INFO_ADDR ADDR_FLASH_SECTOR_2    //记录系统死机时的重要信息   
1
2
定义死机存储信息的结构体


typedef struct {
    unsigned int crash_time;
    unsigned int is_crash;
    /* register info*/
    unsigned long stacked_r0;
    unsigned long stacked_r1;  
    unsigned long stacked_r2;
    unsigned long stacked_r3;   
    unsigned long stacked_r12;  
    unsigned long stacked_lr;  
    unsigned long stacked_pc;  
    unsigned long stacked_psr;  
    unsigned long SHCSR;  
    unsigned long MFSR;  
    unsigned long BFSR;   
    unsigned long UFSR;  
    unsigned long HFSR;  
    unsigned long DFSR;  
    unsigned long MMAR;  
    unsigned long BFAR;
} System_Crash_Info;


void hard_fault_handler_c(unsigned int * hardfault_args)
{     
  static System_Crash_Info crash_info;
  memset(&crash_info, 0, sizeof(System_Crash_Info));
  
  crash_info.is_crash = 1;
  crash_info.crash_time = (unsigned int)HAL_GetTick();
  
  crash_info.stacked_r0 = ((unsigned long) hardfault_args[0]);  
  crash_info.stacked_r1 = ((unsigned long) hardfault_args[1]);  
  crash_info.stacked_r2 = ((unsigned long) hardfault_args[2]);  
  crash_info.stacked_r3 = ((unsigned long) hardfault_args[3]);  
  crash_info.stacked_r12 = ((unsigned long) hardfault_args[4]);   
  crash_info.stacked_lr = ((unsigned long) hardfault_args[5]);   
  crash_info.stacked_pc = ((unsigned long) hardfault_args[6]);  
  crash_info.stacked_psr = ((unsigned long) hardfault_args[7]);


  crash_info.MFSR = (*((volatile unsigned char *)(0xE000ED28))); //存储器管理fault状态寄存器   
  crash_info.BFSR = (*((volatile unsigned char *)(0xE000ED29))); //总线fault状态寄存器   
  crash_info.UFSR = (*((volatile unsigned short int *)(0xE000ED2A)));//用法fault状态寄存器   
  crash_info.HFSR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED2C)));  //硬fault状态寄存器     
  crash_info.DFSR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED30))); //调试fault状态寄存器  
  crash_info.MMAR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED34))); //存储管理地址寄存器  
  crash_info.BFAR = (*((volatile unsigned long *)(0xE000ED38))); //总线fault地址寄存器  
  
  u8 ret = STMFLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(SYS_CRASH_INFO_ADDR));
  u8 ret2 = STMFLASH_Write(SYS_CRASH_INFO_ADDR, (u32 *)(&crash_info), (3+sizeof(System_Crash_Info))/4);


  while (1);  
}
正常代码里加上


   System_Crash_Info crash_info = {0};
  crash_info = *(System_Crash_Info*)(SYS_CRASH_INFO_ADDR);
  if (crash_info.is_crash != 1) {
      STMFLASH_EraseSector(STMFLASH_GetFlashSector(SYS_CRASH_INFO_ADDR));
  } else {
      CT_PRINTF("code has ever crashn");
      //这里查看之前死掉时的情况，或者是将crash_info 里的信息打印出来分析也可以
  }
实际的例子：

  

  

这样代码重新debug，就可以看到之前死机的情况了。直接看lr寄存器的值，在反汇编的代码里查看一下，就知道代码最后死在哪里了。   

更多的是，程序上对内存的不正确访问导致的，或是硬件上有问题，如晶振之类的。