Cortex-M3开发经验：在HardFault中打印栈信息

Posted 2022-01-08 oushangrong

Cortex-M3开发经验(三)：在HardFault中打印栈信息

在《Cortex-M3开发经验(二)：确认发生HardFault的地方》中，我们提到如何查找出错地方。但是这有一个问题，就是必须链接调试器。那么在某些情况下，我们无法连接调试器，那么就无法读取到栈信息了吗？我们可以在进入HardFault时，获取栈指针，然后通过串口的方式打印出来吗？

说干就干，有好的想法，也必须有实际的行动验证自己的想法。

如何获取栈指针？

卡住我们的第一个问题就是如何获取栈指针了。就是如何获取SP，MSP(主堆栈指针)，PSP(进程堆栈指针)的值了。

在《Cortex-M3权威指南》中，有这么一段话：CM3微控制器内核中共有两个堆栈指针，于是也就是支持两个堆栈，当引用R13（写作SP）时，引用到的是当前正在使用的那一個（MSP或PSP），另一个必须用特殊的指令来访问（MRS和MSR指令）。

也就是说，我们需要用汇编的指令来获取栈指针。

uint32_t get_msp_addr()

    __asm("mrs r0, msp");
    __asm("bx lr");


uint32_t get_psp_addr()

    __asm("mrs r0, psp");
    __asm("bx lr");


uint32_t get_sp_addr()

    __asm("mov r0, sp");
    __asm("bx lr");

注：每个编译器所支持C嵌入汇编的方式不同，也可能一些编译器不支持__asm指令。

通过栈指针获取内核寄存器的值

uint32_t reg_buff[10];
uint32_t *sp = NULL;

void HardFault_Handler()

    sp = (uint32_t*)get_msp_addr();
    reg_buff[0] = *(sp++);
    reg_buff[1] = *(sp++);
    reg_buff[2] = *(sp++);
    reg_buff[3] = *(sp++);
    reg_buff[4] = *(sp++);
    reg_buff[5] = *(sp++);
    reg_buff[6] = *(sp++);
    reg_buff[7] = *(sp++);
    reg_buff[8] = *(sp++);
    reg_buff[9] = *(sp++);
    while(1)

编译，运行！

结果有点意料之外！

LR的值和PC的值跟我们之前单步调试的不一样！偏移了12个字节。为什么？后面单步看了一下后发现，我们在HardFault中调用了get_msp_addr这个函数，而调用函数就意味着使用栈空间。如果我把reg_buff放到HardFault中，这样就不止偏移12个字节了！

有没有更好的方法啊！？

我们在进入HardFault_Handler函数之前就获取SP指针的值，并作为参数传入到HardFault_Handler中不就可以了吗？

谁在调用中断处理函数？

要解决上面的问题，我们就需要知道内核在哪里调用中断函数的，这样我们才能修改对应的中断处理函数，使其可以接收参数。

《Cortex-M3开发经验(二)：确认发生HardFault的地方》中，我们提到过，在发生中断/异常时，内核会去中断向量表中找到对应的中断，找到中断的入口地址。那么我们就看看中断向量表在哪？

最终，在startup_xxx.S文件中找到了向量表的定义¹。我们也找到了HardFault_Handler的定义

.weak   HardFault_Handler
.type   HardFault_Handler, %function

HardFault_Handler:
    B .

虽然可能不了解汇编，不知道什么意思，但也能猜测出大概的意思，也可能查资料。发现B是跳转指令，这应该就是跳转到同名的C函数中。那么我们可以修改为：

.weak   HardFault_Handler
.type   HardFault_Handler, %function

HardFault_Handler:
    MOV     r0, lr
    MOV     r1, sp
    BL      hardfault_handler

这样就吧LR的值和SP的值传入到hardfault_handler函数中去了²。

编译，运行！

这次的结果就是我们想要的了。

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1. 这是一个启动文件，里面包含了该芯片启动需要的一些过程。?

2. R0~R3寄存器保存的是函数调用时所传入的参数，同时也可作为函数返回值。hardfault_handler定义如下：void hardfault_handler(uint32_t lr, uint32_t sp)?