随机硬故障 - STM32F4 - FreeRTOS

Posted 2023-02-19

【中文标题】随机硬故障 - STM32F4 - FreeRTOS

【英文标题】：Random HardFaults - STM32F4 - FreeRTOS

【发布时间】：2018-05-27 16:38:24

【问题描述】：

我有一块运行 FreeRTOS 的 STM32F4 板（上面有 3 个任务），我每使用 15-50 分钟就会出现一次硬故障。

我的硬件： 3 个编码器、6 个模拟输入、10 个数字输入和 3 个用于直流电机的 PWM 输出。

一开始，我以为是一些 ***，然后我为每个任务实现了 uxTaskGetStackHighWaterMark(); 并检查它不是它。

然后我实现了一些 HardFault 处理程序：

   void HardFault_Handler(void)

    __asm volatile
    (
            " tst lr, #4                                                \n"
            " ite eq                                                    \n"
            " mrseq r0, msp                                             \n"
            " mrsne r0, psp                                             \n"
            " ldr r1, [r0, #24]                                         \n"
            " ldr r2, handler2_address_const                            \n"
            " bx r2                                                     \n"
            " handler2_address_const: .word prvGetRegistersFromStack    \n"
    );


void prvGetRegistersFromStack( uint32_t *pulFaultStackAddress )

    volatile uint32_t CFSRValue = SCB->CFSR;
    volatile uint32_t HFSRValue = SCB->HFSR;
    char stepError [100] = "";
    if ((HFSRValue & (1 << 30)) != 0) 
        CFSRValue >>= 16;
        if((CFSRValue & (1 << 9)) != 0) strcpy(stepError," Divide by zero");
        if((CFSRValue & (1 << 8)) != 0) strcpy(stepError," Unaligned access");
        if((CFSRValue & (1 << 3)) != 0) strcpy(stepError," No coprocessor UsageFault" );
        if((CFSRValue & (1 << 2)) != 0) strcpy(stepError," Invalid PC load UsageFault");
        if((CFSRValue & (1 << 1)) != 0) strcpy(stepError," Invalid state");
        if((CFSRValue & (1 << 0)) != 0) strcpy(stepError," Undefined instruction");
    

    volatile uint32_t r0;
    volatile uint32_t r1;
    volatile uint32_t r2;
    volatile uint32_t r3;
    volatile uint32_t r12;
    volatile uint32_t lr; /* Link register. */
    volatile uint32_t pc; /* Program counter. */
    volatile uint32_t psr;/* Program status register. */

    r0 = pulFaultStackAddress[ 0 ];
    r1 = pulFaultStackAddress[ 1 ];
    r2 = pulFaultStackAddress[ 2 ];
    r3 = pulFaultStackAddress[ 3 ];

    r12 = pulFaultStackAddress[ 4 ];
    lr = pulFaultStackAddress[ 5 ]; 
    pc = pulFaultStackAddress[ 6 ];
    psr = pulFaultStackAddress[ 7 ];
    GPIO_WriteLed(0,1);
    for(int i=0;i<=10;i++)
    
        PWM_Change_DutyCycle(i,0);
    
    for(;;);

从这个实现中，我得到了那些结果（每个都是 HardFault，有时 PC 是 0），这似乎是非常随机的（对我来说）：

1- if((CFSRValue & (1 << 1)) != 0) strcpy(stepError," Invalid state"); pc=0

2- if((CFSRValue & (1 << 0)) != 0) strcpy(stepError," Undefined instruction");
    0800807d: ...IncrementTick+252   ldr     r3, [r7, #8]   -  pc=134250621 - lr=2779096485


3-  if((CFSRValue & (1 << 8)) != 0) strcpy(stepError," Unaligned access");
    0800d63b: MX_ADC1_Init+290       ldr     r3, [pc, #240]  ; (0x800d72c <MX_ADC1_Init+532>)


4-  if((CFSRValue & (1 << 1)) != 0) strcpy(stepError," Invalid state");
        addr 0

5-080124c9: SysTick_Handler+8      bl      0x80072cc <osSystickHandler>


6-  if((CFSRValue & (1 << 0)) != 0) strcpy(stepError," Undefined instruction");
    08012521: SysTick_Handler+8      bl      0x80072cc <osSystickHandler>

问候，

【问题讨论】：

你认为在这里发布异常处理程序会比发布生成异常的代码更有益吗？

我将处理程序发布给您知道如何获取值（CFSR、pc 等），也许有人可以指出更好的替代方法来获取有关异常的更多详细信息。如果您阅读我的问题，每个异常都发生在代码的不同部分。 osSystickHandler、IncrementTick 等都是 FreeRTOS 的默认设置，我没碰过。

如果不是堆栈溢出，则可能是通过杂散指针写入，或缓冲区溢出，或其他原因。不看代码就说不出来。

只有应用程序代码有超过 5000 行.. :/ 我在这里尝试一些可能有帮助的东西.. 如果我拔掉我的直流电机（仍然发送 PWM 但没有编码器脉冲），它需要更多的时间崩溃（到现在为止已经有 5 个小时了，无一例外）。也许在上下文切换中有些东西？

恐怕只有你能找到高频的来源。如果不访问您的机器和硬件，就无法远程调试复杂代码

【参考方案1】：

这个问题没有明确说明，但据我了解，这个线程不是关于硬故障来自哪里，而是如果显示的测试想法到目前为止还可以，并且还可以做些什么来定位错误。

这个问题现在已经很老了，但是这个板子是为了帮助其他有同样问题的人，所以让我们带着对这些问题的普遍兴趣来阅读问答。

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为了追溯问题，以下策略可以提供帮助：

如果您可以应用跟踪硬件（因为硬件目标支持它并且您有足够的昂贵设备......），请使用它：片外 ETM 跟踪和硬故障处理程序中的经典断点，并且您的搜索可能会晚于 50 分钟。

我猜在本案中条件不满足。 尽管如此，在一些专业项目中，设计另一个 PCB 并购买一个好的调试/跟踪适配器比让一些开发人员搜索数周更便宜。 也许具有完全 JTAG/TPIU 访问权限的 STM32 评估板是您的部分解决方案...

有很多错误模型，其中硬故障处理程序报告给您的地址与错误源无关。 不过，通过检查（使用内存映射）地址属于哪个函数或变量/缓冲区，您可能会得到一些有用的想法。 通过在模块之间放置未使用的“间隔”缓冲区（一个或几个字可能就足够了）来修改错误环境，然后重新运行测试。 如果您在这些未使用的区域中写入一些魔术模式，则可以监视它们是否损坏并将它们用作“canaries”来检测错误发生在哪个上下文中。

如果这没有帮助，请逐步停用软件的不同组件，然后重新运行并检查硬故障何时消失。 如果之前还没有，您可能需要一些自动化的耐力测试环境，这样您的努力（和搜索时间）就不会爆炸。

据我所知，所有 STM32F4 有一个内存保护单元。 可以激活吗？