从Cortex M0 +上的硬故障中恢复

Posted 2021-05-03

到目前为止，我在C中有一个我在向量表中定义的硬故障处理程序：

.sect ".intvecs"

.word _top_of_main_stack
.word _c_int00
.word NMI  
.word Hard_Fault
.word Reserved
.word Reserved  
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
.word Reserved
....
....
....

我们的一个测试通过写入非现有地址来触发硬故障（故意）。测试完成后，处理程序返回调用函数，皮质从故障中恢复。值得一提的是处理程序没有任何参数。

现在我正在编写一个真正的处理程序。我为堆栈框架创建了一个结构，以便我们可以在出现故障时打印PC，LR和xPSR：

typedef struct
{
    int     R0              ;  
    int     R1              ;  
    int     R2              ;  
    int     R3              ;  
    int     R12             ;
    int     LR              ; 
    int     ReturnAddress   ; 
    int     xPSR            ;

}   InterruptStackFrame_t  ;

我在C中的硬故障处理程序是定义的：

void Hard_Fault(InterruptStackFrame_t* p_stack_frame)
{
    // Write to external memory that I can read from outside
    /* prints a message containing information about stack frame:
     * p_stack_frame->LR, p_stack_frame->PC, p_stack_frame->xPSR,
     * (uint32_t)p_stack_frame (SP)
     */
}

我创建了一个汇编函数：

        .thumbfunc  _hard_fault_wrapper
_hard_fault_wrapper: .asmfunc
    MRS    R0, MSP    ; store pointer to stack frame
    BL     Hard_Fault ; go to C function handler
    POP    {R0-R7}    ; pop out all stack frame
    MOV    PC, R5     ; jump to LR that was in the stack frame (the calling function before the fault)

.endasmfunc

这是说我没有操作系统的正确时间，所以我不必检查LR的位[2]，因为我肯定知道我使用MSP而不是PSP。

程序编译并正常运行，我使用JTAG确保所有寄存器恢复到所需的值。当执行最后一个命令（MOV PC, R5）时，PC返回到正确的地址，但在某些时候，调试器指示M0被锁定在硬故障中并且无法恢复。

我不明白使用C函数作为处理程序或调用C函数的汇编函数之间的区别。

有谁知道这是什么问题？

最终，我将使用一个会阻塞处理器的断言函数，但我希望它是可选的，取决于我的决定。

答案

解释“old_timer”的评论：

在Cortex上输入异常或中断处理程序时，LR寄存器具有特殊值。

通常，您只需跳转到该值（通过将该值写入PC寄存器）从异常处理程序返回。

然后，Cortex CPU将自动弹出堆栈中的所有寄存器，并重置中断逻辑。

当直接跳转到存储在堆栈中的PC时，你会破坏一些寄存器而你不会恢复中断逻辑。

因此，这不是一个好主意。

相反，我会做这样的事情：

    .thumbfunc  _hard_fault_wrapper
_hard_fault_wrapper: .asmfunc
    MRS    R0, MSP
    B      Hard_Fault

编辑

使用B指令可能不起作用，因为B指令允许的“距离”比BL指令更有限。

但是你可以使用两种可能性（不幸的是我不确定这些是否肯定会有效）。

第一个将返回到进入汇编程序处理程序时在LR寄存器中传递的地址：

    .thumbfunc  _hard_fault_wrapper
_hard_fault_wrapper: .asmfunc
    MRS    R0, MSP
    PUSH   {LR}
    BL     Hard_Fault
    POP    {PC}

第二个将间接进行跳转：

    .thumbfunc  _hard_fault_wrapper
_hard_fault_wrapper: .asmfunc
    MRS    R0, MSP
    LDR    R1, =Hard_Fault
    MOV    PC, R1

编辑2

您不能使用LR，因为它包含EXC_RETURN值。 ...你必须从堆栈中读取LR，并且必须从堆栈帧中清除堆栈，因为被中断的程序不知道存储了帧。

根据Cortex M3手册，您必须通过将三个EXC_RETURN值中的一个写入PC寄存器来退出异常处理程序。

如果您只是跳转到存储在堆栈帧中的LR值，您将保留在异常处理程序中！

如果在程序期间发生了一些愚蠢的事情，CPU将假定异常处理程序内发生异常并且它会挂起。

我假设Cortex M0在这一点上与M3的工作方式相同。

如果要在异常处理程序期间修改某些CPU寄存器，可以修改堆栈帧。当您将EXC_RETURN值写入pop寄存器时，CPU将自动PC堆栈帧中的所有寄存器。

如果要修改堆栈框架中不存在的寄存器之一（例如R5），可以在异常处理程序中直接修改它。

这显示了中断处理程序的另一个问题：

指令POP {R0-R7}将寄存器R4设置为R7，使其值与已被中断的程序不匹配。根据C代码，R12也将被销毁。这意味着在程序被中断时，这四个寄存器突然改变，而程序没有为此做好准备！