嵌入式軟件程序HardFault異常的查找方法

01

前言

在嵌入式軟件開發(fā)中，因?yàn)榇a質(zhì)量不佳、線程沖突、棧溢出等問題，會造成Arm的HardFault。這種異常通常存在偶發(fā)性、不確定性、復(fù)現(xiàn)困難的特點(diǎn)，同時(shí)復(fù)現(xiàn)后軟件已經(jīng)跑飛，程序在何處異常、異常時(shí)的臨時(shí)變量環(huán)境等都不好查找。在開發(fā)中出現(xiàn)此問題后往往意味著長時(shí)間的復(fù)現(xiàn)問題并debug，常常陷入毫無頭緒的排查，耗費(fèi)了不少程序員的頭發(fā)。現(xiàn)總結(jié)了一些處理這類問題的經(jīng)驗(yàn)以共享。

02

串口打印跟蹤

在代碼中插入串口打印，看死機(jī)時(shí)輸出的最后一個(gè)串口信息在哪里。但是從代碼里串口輸出到硬件打印出數(shù)據(jù)，有一定延遲。出錯(cuò)的代碼在最后輸出的串口后邊，無法確切定位。找到大概出錯(cuò)范圍后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證代碼，看有沒有明顯錯(cuò)誤的地方。

03

仿真器追蹤

在串口查找死機(jī)耗時(shí)大于兩個(gè)小時(shí)的時(shí)候有必要使用仿真器追蹤。

在代碼中插入一個(gè)全局變量，每一個(gè)段給全局變量賦值。在中斷的void HardFault_Handler(void)函數(shù)中設(shè)置斷點(diǎn)。死機(jī)時(shí)進(jìn)入斷點(diǎn)查看全局變量的數(shù)值確定死機(jī)位置。

另外死機(jī)是可以view->call stack 中看到出錯(cuò)時(shí)調(diào)用的函數(shù)，以及函數(shù)中局部變量的值，通過這些信息推斷出錯(cuò)原因。

04

通過堆棧查找最后一條語句

在中斷HardFault_Handler中打上斷點(diǎn)，程序跑飛后會停在此處:

在Registers里面找到R14(LR)的值。

在memory里面查找MSP的值：0x20008828，然后在對應(yīng)的行里面找到地址：

在Disassembly里面右鍵選擇Show Code at Address。搜索剛才得到的地址，就能找相對應(yīng)的代碼。這里的代碼就是在進(jìn)入循環(huán)中斷之前的時(shí)候的情況，仔細(xì)查看這部分函數(shù)被調(diào)用或者數(shù)組內(nèi)存使用情況。

05

避免問題

除零。

例如：

N = 0;Sum = 0;for(i = a;i < b;i ++){ Sum += x[i]; N ++;}Sum /= N;

當(dāng)a>b的時(shí)候，N為0，出錯(cuò)。

建議：在每個(gè)除法前都判斷被除數(shù)是否為0。

if(N > 0){ Sum /= N;}

數(shù)據(jù)越界。

例如：

U8 x[100];N = 0;Sum = 0;//a 和b由上文計(jì)算得出 非常量for(i = a;i < b;i ++){ Sum += x[i]; N ++;}

當(dāng)b > 100時(shí)，數(shù)組越界。

建議：在調(diào)用數(shù)組前判斷是否在數(shù)組范圍內(nèi)。

for(i = a;i < b;i ++){ if(b < 100) { Sum += x[i]; N ++; }}

被減數(shù)小于減數(shù)導(dǎo)致的越界。

U16 a,b,c;U8 x[100];a = b - c;//調(diào)用x[a]。當(dāng)b

建議： 1. 減法判斷減數(shù)與被減數(shù)大小

2. 在調(diào)用數(shù)組前判斷是否在數(shù)組范圍內(nèi)。

棧溢出。

函數(shù)中的局部變量數(shù)組太大，超過了棧的大小。

建議：在大的局部變量前增加Static或者把局部變量改為全局變量。

中斷與循環(huán)沖突。

中斷與循環(huán)中同時(shí)寫一個(gè)變量。程序設(shè)計(jì)時(shí)避免此寫法。

任務(wù)沖突。

多個(gè)任務(wù)同時(shí)寫入同一個(gè)變量 沖突。程序設(shè)計(jì)時(shí)避免此寫法。

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